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DE19744678A1 - Power switching thyristor with insulated gate - Google Patents

Power switching thyristor with insulated gate

Info

Publication number
DE19744678A1
DE19744678A1 DE19744678A DE19744678A DE19744678A1 DE 19744678 A1 DE19744678 A1 DE 19744678A1 DE 19744678 A DE19744678 A DE 19744678A DE 19744678 A DE19744678 A DE 19744678A DE 19744678 A1 DE19744678 A1 DE 19744678A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zone
base
layer
thyristor
emitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19744678A
Other languages
German (de)
Inventor
Tadayoshi Iwaana
Yuichi Harada
Noriyuki Iwamuro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of DE19744678A1 publication Critical patent/DE19744678A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00Thyristors
    • H10D18/40Thyristors with turn-on by field effect 
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D18/00Thyristors
    • H10D18/60Gate-turn-off devices 
    • H10D18/65Gate-turn-off devices  with turn-off by field effect 
    • H10D18/655Gate-turn-off devices  with turn-off by field effect  produced by insulated gate structures

Landscapes

  • Thyristors (AREA)

Abstract

The thyristor includes base zones (4,6) formed in selected sections of base layers (3) surface, under which is formed a trough zone (5). The second base zone (6) contains a first conductivity source zone (7), while another section contains a first conductivity emitter zone (8). A gate electrode layer is deposited on an insulating film (9) over the first base zone (4), an exposed section of the base layer, and a surface of the second base zone. A main electrode (11) contacts free sections of first base and source zones. A second conductivity emitter layer (1) is deposited o second main face of the base layer and is contacted by a second main electrode (12). A gate electrode (13) contacts the gate electrode layer.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Thyristor mit isoliertem Gate und genauer auf einen als Leistungsschaltvorrichtung benutzten Thyristor mit isoliertem Gate.The present invention relates generally to an insulated gate and thyristor more specifically to an insulated gate thyristor used as a power switching device.

Thyristoren sind wegen ihrer geringen Durchlaßspannung als unverzichtbare Bauelemente zum Schalten großer Leistungen eingesetzt worden. Beispielsweise werden derzeit GTO-Thyristoren (gate-abschaltbare Thyristoren) für Anwendungen im Bereich hoher Spannungen und großer Ströme eingesetzt. GTO-Thyristoren besitzen allerdings auch Nachteile, nämlich zum einen erfordern sie zum Abschalten einen großen Gatestrom, gleichbedeutend mit einer geringen Abschaltverstärkung, und zum anderen sind zum sicheren Abschalten der GTO-Thyristoren große Überspannungs-Schutzschaltungen, sogenannte Snubber-Schaltungen, erforderlich. Da GTO- Thyristoren in ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie keine Stromsättigung zeigen, muß ein passives Element, etwa eine Sicherung, als Schutz vor Lastkurzschlüssen mit einem GTO-Thyristor verbunden werden. Dies läuft einer Verminderung der Größe und der Kosten des gesamten Systems zuwider.Because of their low forward voltage, thyristors are indispensable components for Switching large powers have been used. For example, GTO thyristors are currently used (gate-switchable thyristors) for applications in the area of high voltages and large Currents used. However, GTO thyristors also have disadvantages, namely on the one hand they require a large gate current to switch off, tantamount to a low one Shutdown gain, and on the other hand, are great for safely switching off the GTO thyristors Overvoltage protection circuits, so-called snubber circuits, are required. Since GTO Thyristors show no current saturation in their current-voltage characteristic, must be a passive one Element, such as a fuse, as protection against load short circuits with a GTO thyristor get connected. This results in a reduction in the size and cost of the whole System contrary.

Ein MOS-gesteuerter Thyristor (als "MCT" bekannt und nachfolgend so bezeichnet) als ein spannungsgesteuerter Thyristor ist in der Druckschrift IEEE IEDM Tech. Dig. 1984, Seite 282 beschrieben worden. Seitdem sind die Eigenschaften dieser Thyristorart in verschiedenen Instituten weltweit analysiert und verbessert worden. Der Grund dafür ist, daß ein MCT, weil es sich bei ihm um ein spannungsgesteuertes Bauelement handelt, eine sehr viel einfachere Gateschaltung erfordert als ein GTO-Thyristor, zugleich aber die Eigenschaft einer relativ geringen Durchlaßspannung besitzt. Wie ein GTO-Thyristor zeigt aber auch der MCT keine Stromsättigung und erfordert daher bei seinem praktischen Einsatz ein passives Element, etwa eine Sicherung.A MOS controlled thyristor (known as "MCT" and hereinafter referred to as) as one voltage controlled thyristor is in the IEEE IEDM Tech. Dig. 1984, page 282 have been described. Since then, the properties of this type of thyristor have varied Institutes worldwide have been analyzed and improved. The reason is that an MCT is because of it it is a voltage-controlled component, a much simpler one Gate circuit requires as a GTO thyristor, but at the same time the property of a relative has low forward voltage. Like a GTO thyristor, the MCT doesn't show any Current saturation and therefore requires a passive element in its practical use, for example a fuse.

Aus der US 4,847,671 ist ein sogenannter EST (emitter switched thyristor = emitter-geschalte­ ter Thyristor) bekannt, der eine Stromsättigungscharakteristik aufweist. Aus der Druckschrift IEEE Electron Device Letters, Band 12 (1991), Seite 387 geht hervor, daß man aufgrund von Messungen herausgefunden hat, daß solch ein emitter-geschalteter Thyristor mit Doppelkanal (EST-1) eine Stromsättigungscharakteristik selbst in einem hohen Spannungsbereich zeigt. In den Druckschriften IEEE ISPSD '93, Seite 71 und IEEE ISPSD '94, Seite 195 sind die Ergebnisse von Analysen hinsichtlich des FBSO-Bereichs (FBSO area = Forward Bias Safe Operation area bzw. sicherer Betriebsbereich im Durchlaßbetrieb) und des RBSO-Bereichs (RBSO area = Reverse Bias Safe Operation area bzw. sicherer Betriebsbereich im Sperrbetrieb) dieses EST offenbart, womit der Weg geebnet wurde für die Entwicklung eines spannungsgesteuerten Thyristors mit einem sicheren Betriebsbereich, innerhalb dessen das Bauelement sicher arbeitet, wenn ein Lastkurz­ schluß auftritt. Fig. 25 zeigt den Aufbau dieses EST-Bauelements. From US 4,847,671 a so-called EST (emitter switched thyristor) is known which has a current saturation characteristic. From the publication IEEE Electron Device Letters, Volume 12 (1991), page 387 it can be seen that it has been found from measurements that such an emitter-switched thyristor with double channel (EST-1) shows a current saturation characteristic even in a high voltage range. In the publications IEEE ISPSD '93, page 71 and IEEE ISPSD '94, page 195, the results of analyzes regarding the FBSO area (FBSO area = Forward Bias Safe Operation area) and the RBSO area ( RBSO area (Reverse Bias Safe Operation area) reveals this EST, which paved the way for the development of a voltage-controlled thyristor with a safe operating range within which the component works safely when a load short circuit occurs. Fig. 25 shows the structure of this EST device.

In dem in Fig. 25 gezeigten Bauelement sind in einer Oberflächenschicht einer n Basisschicht 3 eine erste p Basiszone 4, eine p⁺ Wannenzone 5 und eine zweite p Basiszone 6 ausgebildet. Die Basisschicht 3 ist unter Zwischenlage einer n⁺ Pufferschicht 2 auf einer p Emitterschicht 1 abgeschieden. Die Wannenzone 5 bildet einen Teil der ersten Basiszone 4 und weist eine relativ große Diffusionstiefe auf. Eine n Sourcezone 7 ist in einer Oberflächenschicht der ersten Basiszone 4 ausgebildet, und eine n Emitterzone 8 ist in einer Oberflächenschicht der zweiten Basiszone 6 ausgebildet. Eine Gateelektrode 10 ist unter Zwischenlage eines Gateoxidfilms 9 über einem Abschnitt der ersten Basiszone 4 angeordnet, der zwischen der Sourcezone 7 und einem freiliegenden Abschnitt der Basisschicht 3 liegt, sowie einem Abschnitt der zweiten Basiszone 6, der zwischen der Emitterzone 8 und einem freiliegenden Abschnitt der Basisschicht 3 liegt. Die Länge jeweils der Sourcezone 7, der Emitterzone 8 und der Gateelektrode 10 ist bei der in Fig. 25 gezeigten Anordnung in Z-Richtung beschränkt, und die erste Basiszone 4 und die zweite Basiszone 6 sind außerhalb dieser Zonen 7, 8 und der Elektrode 10 gekoppelt. Ferner ist die Wannenzone 5 mit einer L-Form außerhalb des Kopplungsabschnitts der ersten Basiszone 4 mit der zweiten Basiszone 6 ausgebildet. Eine Kathodenelektrode 11 ist in Kontakt mit einer Oberfläche der Wannenzone 5 und einer Oberfläche der Sourcezone 7 ausgebildet. Andererseits ist eine Anodenelektrode 12 über der gesamten Fläche der Rückseite der Emitterschicht 1 ausgebildet.In the component shown in FIG. 25, a first p base zone 4 , a p⁺ well zone 5 and a second p base zone 6 are formed in a surface layer of an n base layer 3 . The base layer 3 is deposited on a p emitter layer 1 with the interposition of an n⁺ buffer layer 2 . The tub zone 5 forms part of the first base zone 4 and has a relatively large diffusion depth. An n source zone 7 is formed in a surface layer of the first base zone 4 , and an n emitter zone 8 is formed in a surface layer of the second base zone 6 . A gate electrode 10 is interposed with a gate oxide film 9 over a portion of the first base zone 4 that is between the source zone 7 and an exposed portion of the base layer 3 and a portion of the second base zone 6 that is between the emitter zone 8 and an exposed portion of the Base layer 3 lies. The length of each of the source zone 7 , the emitter zone 8 and the gate electrode 10 is limited in the Z direction in the arrangement shown in FIG. 25, and the first base zone 4 and the second base zone 6 are outside these zones 7 , 8 and the electrode 10 coupled. Furthermore, the tub zone 5 is formed with an L-shape outside the coupling section of the first base zone 4 with the second base zone 6 . A cathode electrode 11 is formed in contact with a surface of the well zone 5 and a surface of the source zone 7 . On the other hand, an anode electrode 12 is formed over the entire area of the back of the emitter layer 1 .

Wenn die Kathodenelektrode 11 dieses Bauelements an Masse gelegt und eine positive Span­ nung an die Gateelektrode 10 angelegt wird, während eine positive Spannung an der Anoden­ elektrode 12 anliegt, wird unter dem Gateoxidfilm 9 eine Inversionsschicht (Teilakkumulationsschicht) ausgebildet, und ein lateraler MOSFET wird dadurch eingeschaltet. Als Folge werden Elektronen von der Kathodenelektrode 11 über die Sourcezone 7 und die in der Oberflächenschicht der ersten Basiszone 4 gebildete Inversionsschicht (Kanal) zur Basisschicht 3 geliefert. Diese Elektronen wirken als Basisstrom eines pnp Transistors, der sich aus der p Emitterschicht 1, der n⁺ Pufferschicht 2 und der n Basisschicht 3 sowie der ersten und der zweiten p Basiszone 4, 6 und der p⁺ Wannenzone 5 zusammensetzt. Dieser pnp Transistor arbeitet mit diesem Basisstrom. Dadurch werden Löcher von der Emitterschicht 1 injiziert und fließen über die Pufferschicht 2 und die Basisschicht 3 in die erste Basiszone 4. Ein Teil dieser Löcher fließt in die zweite Basiszone 6 und dann unter der Emitterzone 8 in Z-Richtung zur Kathodenelektrode 11. Damit arbeitet das Bauelement in einer IGBT-Betriebsart (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor bzw. bipolarer Transistor mit isoliertem Gate). Bei weiterer Zunahme des Stroms wird der pn-Übergang zwischen der Emitterzone 8 und der zweiten Basiszone 6 in Durchlaßrichtung vorgespannt, und ein Thyristorabschnitt umfassend die p Emitterschicht 1, die n⁺ Pufferschicht 2, die n Basisschicht 3, die zweite p Basiszone 6 und die n Emitterzone 8 gerät in den sogenannten Latch-up-Zustand. In diesem Fall arbeitet das Bauelement in einer Thyristor-Betriebsart. Zum Abschalten des EST wird der MOSFET durch Absenken des Potentials der Gateelektrode 10 unter den Schwellenwert des lateralen MOSFET in den Sperrzustand versetzt. Als Folge wird die Emitterzone 8 potentialmäßig von der Kathoden­ elektrode 11 getrennt und das Bauelement hört auf, in der Thyristor-Betriebsart zu arbeiten. When the cathode electrode 11 of this device is grounded and a positive voltage is applied to the gate electrode 10 while a positive voltage is applied to the anode electrode 12 , an inversion layer (partial accumulation layer) is formed under the gate oxide film 9 , and a lateral MOSFET is thereby formed switched on. As a result, electrons are supplied from the cathode electrode 11 via the source zone 7 and the inversion layer (channel) formed in the surface layer of the first base zone 4 to the base layer 3 . These electrons act as the base current of a pnp transistor, which is composed of the p emitter layer 1 , the n⁺ buffer layer 2 and the n base layer 3 and the first and second p base zones 4 , 6 and the p⁺ well zone 5 . This pnp transistor works with this base current. As a result, holes are injected from the emitter layer 1 and flow into the first base zone 4 via the buffer layer 2 and the base layer 3 . Some of these holes flow into the second base zone 6 and then under the emitter zone 8 in the Z direction to the cathode electrode 11 . The component thus operates in an IGBT mode (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor or bipolar transistor with an insulated gate). As the current increases further, the pn junction between the emitter zone 8 and the second base zone 6 is biased in the forward direction, and a thyristor section comprising the p emitter layer 1 , the n⁺ buffer layer 2 , the n base layer 3 , the second p base zone 6 and the n Emitter zone 8 is in the so-called latch-up state. In this case, the device operates in a thyristor mode. To switch off the EST, the MOSFET is put into the blocking state by lowering the potential of the gate electrode 10 below the threshold value of the lateral MOSFET. As a result, the emitter zone 8 is electrically isolated from the cathode electrode 11 and the device stops working in the thyristor mode.

Die Fig. 26 und 27 zeigen Querschnittsansichten verbesserter ESTs, wie sie in den US Patenten 5,317,171 und 5,319,222 offenbart sind. Insbesondere der verbesserte EST von Fig. 27 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 25 und ist zur Erzielung einer verbesserten Durchlaßspannungscharakteristik ausgelegt. FIGS. 26 and 27 show cross-sectional views improved ESTs, such as those disclosed in U.S. Patents 5,317,171 and 5,319,222. In particular, the improved EST of FIG. 27 differs from that of FIG. 25 and is designed to achieve an improved forward voltage characteristic.

Fig. 28 zeigt eine Querschnittsansicht eines FET-gesteuerten Thyristors, wie er in der US 4,502,070 offenbart ist. Dieser Thyristor zeichnet sich dadurch aus, daß die Elektrode 11 nicht die zweite Basiszone 6 kontaktiert. Fig. 28 shows a cross-sectional view of an FET controlled thyristor as disclosed in US 4,502,070. This thyristor is characterized in that the electrode 11 does not contact the second base zone 6 .

Wie sich aus dem Voranstehenden ergibt, nutzt der in Fig. 25 gezeigte EST den Löcherstrom in der zweiten Basiszone 6 in Z-Richtung, um den pn-Übergang zwischen der zweiten Basiszone 6 und der Emitterzone 8 in Durchlaßrichtung vorzuspannen, weshalb der Grad der Vorspannung in Durchlaßrichtung in Z-Richtung zur Kontaktfläche der zweiten Basiszone 6 mit der Kathodenelek­ trode 11 hin abnimmt. Das heißt, die Menge der von der Emitterzone 8 injizierten Elektronen ist über die Länge des pn-Übergangs in Z-Richtung nicht gleichförmig. Wenn dieser EST vom Leitzustand in den Sperrzustand geschaltet wird, gerät zunächst ein schwach vorgespannter Abschnitt des pn-Übergangs nahe der Kontaktzone mit der Kathodenelektrode 11 in den Sperrzustand, während ein tiefer vorgespannter Abschnitt des pn-Übergangs weiter entfernt von der Kontaktzone mit der Kathodenelektrode 11 diesen Sperrzustand nur langsam annimmt. Daraus ergibt sich eine Tendenz zu einer lokalen Stromkonzentration beim Abschalten verbunden mit einer verringerten Durchbruchsfestigkeit des EST während des Abschaltens.As can be seen from the foregoing, the EST shown in Fig. 25 uses the hole current in the second base zone 6 in the Z direction to forward bias the pn junction between the second base zone 6 and the emitter zone 8 , hence the degree of bias in the forward direction in the Z direction to the contact surface of the second base zone 6 with the cathode electrode 11 decreases. That is, the amount of electrons injected from the emitter zone 8 is not uniform over the length of the pn junction in the Z direction. When this EST is switched from the leading state to the blocking state, a weakly biased section of the pn junction near the contact zone with the cathode electrode 11 initially becomes the blocking state, while a deeper biased section of the pn junction further away from the contact zone with the cathode electrode 11 assumes this blocking state only slowly. This results in a tendency towards a local current concentration during shutdown combined with a reduced breakdown strength of the EST during shutdown.

Obwohl der in Fig. 26 gezeigte EST ähnlich arbeitet wie derjenige in Fig. 25, kann der EST von Fig. 26 schneller abgeschaltet werden, da sich die Kathodenelektrode 11 in Y-Richtung erstreckt und mit der Oberfläche der zweiten Basiszone 6 direkt im Kontakt steht. Weiterhin zeigt der EST von Fig. 26 eine gleichförmige Einschaltcharakteristik infolge des Fehlens eines Löcherstroms in der Z-Richtung. Beim Betrieb dieses Thyristors werden jedoch Minoritätsladungsträger nicht gleichförmig in der Horizontalrichtung (Y-Richtung) injiziert, wenn der pn-Übergang zwischen der Emitterzone 8 und der zweiten Basiszone 6 eingeschaltet wird, weshalb die Durchlaßspannung nicht in erwartetem Maß abgesenkt werden kann. Wenn zur Lösung dieses Problems beispiels­ weise die Störstellenkonzentration der zweiten Basiszone 6 zur Erhöhung ihres Widerstands verringert wird, durchbricht eine Verarmungsschicht die Emitterzone 8 bei in Durchlaßrichtung angelegter Spannung. Dieser herkömmliche EST erreicht daher keine zufriedenstellend hohe Durchbruchs- bzw. Stehspannung.Although the EST shown in FIG. 26 works similarly to that in FIG. 25, the EST of FIG. 26 can be switched off more quickly because the cathode electrode 11 extends in the Y direction and is in direct contact with the surface of the second base zone 6 . Furthermore, the EST of Fig. 26 shows a uniform turn-on characteristic due to the lack of a hole current in the Z direction. However, in the operation of this thyristor, minority carriers are not uniformly injected in the horizontal direction (Y direction) when the pn junction between the emitter zone 8 and the second base zone 6 is turned on, and therefore the forward voltage cannot be lowered as expected. If, for example, to solve this problem, the impurity concentration of the second base zone 6 is reduced to increase its resistance, a depletion layer breaks through the emitter zone 8 when the voltage is applied in the forward direction. This conventional EST therefore does not achieve a satisfactorily high breakdown or withstand voltage.

Bei dem in Fig. 27 gezeigten Bauelement erstreckt sich die Emitterzone 8 über die zweite Basiszone 6 hinaus, damit die Durchlaßspannung weiter gesenkt wird. Dieser Aufbau bereitet jedoch Probleme hinsichtlich der Stehspannung in Durchlaßrichtung.In the component shown in FIG. 27, the emitter zone 8 extends beyond the second base zone 6 so that the forward voltage is further reduced. However, this structure poses problems regarding forward withstand voltage.

Bei dem in Fig. 28 gezeigten Bauelement sind die Emitterzone 8 und die zweite Basiszone 6 von der Kathodenelektrode 11 völlig getrennt, womit der ungleichförmige Betrieb des Thyristors verhindert wird. Dieser Aufbau hat jedoch folgende Nachteile. Zum einen ist die Durchbruchs­ spannung des Bauelements verringert, da der Löcherstrom so durch das Bauelement fließt, daß er sich an der Seite der ersten Basiszone 4 konzentriert. Zum anderen ist der Leitwert beim Betrieb des Thyristors in der IGBT-Betriebsart infolge des Kontakt-FET-Effekts verringert.In the component shown in FIG. 28, the emitter zone 8 and the second base zone 6 are completely separated from the cathode electrode 11 , which prevents the non-uniform operation of the thyristor. However, this structure has the following disadvantages. On the one hand, the breakdown voltage of the component is reduced because the hole current flows through the component in such a way that it concentrates on the side of the first base zone 4 . On the other hand, the conductance when operating the thyristor in the IGBT mode is reduced as a result of the contact FET effect.

Zusätzlich leiden sowohl der EST als auch der FET-gesteuerte Thyristor daran, daß der maximale Strom (Grenzstrom), der durch das Bauelement fließen kann, groß ist und die Bauelemente eine geringe Durchbruchsfestigkeit im Fall von Lastkurzschlüssen aufweisen.In addition, both the EST and the FET controlled thyristor suffer from the fact that the maximum Current (limit current) that can flow through the component is large and the components are one have low breakdown strength in the event of load short circuits.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Thyristor mit isoliertem Gate zu schaffen, bei dem der pn-Übergang beim Abschalten des Thyristors gleichmäßig die Sperrfähig­ keit annimmt, bei dem eine erhöhte Abschaltfestigkeit gewährleistet ist und der eine hohe Durchbruchsfestigkeit bei Lastkurzschluß aufweist, wobei zugleich eine ausreichend niedrige Durchlaßspannung gewährleistet ist.It is therefore an object of the present invention to provide an insulated gate thyristor create, in which the pn junction evenly blocking the turn-off of the thyristor assumes an increased switch-off resistance and a high one Breakthrough resistance in the event of a load short circuit, while at the same time being sufficiently low Forward voltage is guaranteed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Thyristor mit isoliertem Gate gelöst, wie er in den Patentansprüchen 1, 2 bzw. 3 beansprucht wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with a thyristor with an insulated gate, as in claims 1, 2 and 3 is claimed. Advantageous developments of the invention are the subject of the subclaims.

Wenn bei einem Thyristor mit einem Aufbau gemäß Patentanspruch 1 oder 4 eine Spannung an die isolierte Gateelektrode angelegt wird, so daß eine Inversionsschicht gerade unterhalb der Gateelektrode auftritt, wird das Potential der Emitterzone des ersten Leitungstyps über einen Kanal des MOSFETs gleich dem der ersten Hauptelektrode, wodurch ein Thyristor eingeschaltet wird, der von der Emitterzone des ersten Leitungstyps, der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps, der Basisschicht des ersten Leitungstyps und der Emitterschicht des zweiten Leitungstyps gebildet wird. Da die Oberflächen der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps und der Emitterzone des ersten Leitungstyps mit dem Isolierfilm bedeckt sind und beim Einschal­ ten des Thyristors Elektronen gleichförmig von der gesamten Emitterzone des ersten Leitungs­ typs injiziert werden, schaltet das Bauelement rasch in eine Thyristor-Betriebsart, und die Durchlaßspannung wird verringert. Der Einschaltbetrieb dieses Bauelements erfordert keinen Löcherstrom in Z-Richtung durch die zweite Basiszone des zweiten Leitungstyps, wie dies bei dem herkömmlichen EST der Fall ist. Ferner enthält die Basisschicht des ersten Leitungstyps zwischen der ersten und der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps einen lokal verengten Abschnitt. Dadurch, daß die Breite der Basisschicht des ersten Leitungstyps auf diese Weise lokal verringert ist, kann die effektive Kanallänge verkürzt werden, der Kontakt-FET-Effekt kann verringert werden und die Durchlaßspannung kann gesenkt werden. Beim Abschalten anderer­ seits kann der pn-Übergang gleichförmig seine Sperrfähigkeit annehmen, ohne daß eine Strom­ konzentration auftritt, mit dem Ergebnis einer erhöhten Durchbruchsfestigkeit.When a voltage at a thyristor with a structure according to claim 1 or 4 the insulated gate electrode is applied so that an inversion layer just below the Gate electrode occurs, the potential of the emitter zone of the first conductivity type over a Channel of the MOSFET equal to that of the first main electrode, whereby a thyristor is switched on that of the emitter zone of the first conduction type, the second base zone of the second Conduction type, the base layer of the first conductivity type and the emitter layer of the second Line type is formed. Because the surfaces of the second base zone of the second conductivity type and the emitter zone of the first conductivity type are covered with the insulating film and when the shuttering is used th of the thyristor electrons uniform from the entire emitter zone of the first line Typs are injected, the device quickly switches to a thyristor mode, and the Forward voltage is reduced. Switching on this component does not require any Hole current in the Z direction through the second base zone of the second conduction type, as in the conventional EST is the case. The base layer also contains the first conductivity type a locally constricted between the first and the second base zone of the second conduction type Section. Because the width of the base layer of the first conductivity type in this way is reduced locally, the effective channel length can be shortened, the contact FET effect can can be reduced and the forward voltage can be reduced. When shutting down others on the one hand, the pn junction can assume its blocking capability uniformly without a current concentration occurs, with the result of increased breakthrough strength.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 5 wird die Leitfähigkeit der Inver­ sionsschicht, die an der Oberfläche der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps auftritt, sowie diejenige der Akkumulationsschicht, die an der Oberfläche der Basisschicht des ersten Leitungstyps beim Anlegen einer Spannung an die Gateelektrode auftritt, verbessert.In the embodiment according to claim 2 or claim 5, the conductivity of the inverter sion layer that occurs on the surface of the second base zone of the second conductivity type, and that of the accumulation layer that is on the surface of the base layer of the first Conductivity type occurs when a voltage is applied to the gate electrode, improved.

Bei einem Thyristor mit einem Aufbau gemäß Patentanspruch 3 oder 6 wird die Länge der Inversionsschicht, die an der Oberfläche der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps beim Anlegen einer Spannung an die Gateelektrode auftritt, verringert, weshalb eine Reihenwider­ standskomponente verringert wird mit dem Ergebnis einer geringeren Durchlaßspannung.In a thyristor with a structure according to claim 3 or 6, the length of the Inversion layer, which on the surface of the second base zone of the second conduction type at  Applying a voltage to the gate electrode decreases, which is why a series resistance is reduced with the result of a lower forward voltage.

Vorzugsweise ist die zweite Basiszone des zweiten Leitungstyps im wesentlichen streifenförmig oder gemäß Patentanspruch 7 ausgebildet. In solchem Fall kann das Halbleitersubstrat mit erhöhtem Wirkungsgrad genutzt werden, und der die Vorrichtung bzw. den Thyristor durch­ fließende Strom kann gleichförmig verteilt werden, was ein verbessertes thermisches Gleichge­ wicht sicherstellt.The second base zone of the second conduction type is preferably essentially strip-shaped or designed according to claim 7. In such a case, the semiconductor substrate can increased efficiency can be used, and by the device or the thyristor flowing current can be evenly distributed, which improves thermal equilibrium ensures importance.

Bei der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 8 oder 9 wird der von der Emitterzone des ersten Leitungstyps über die Kanalzone zur Sourcezone des ersten Leitungstyps fließende Strom weit verteilt, wodurch eine Stromkonzentration oder Lokalisierung vermieden wird.In the development according to claim 8 or 9, that of the emitter zone of the first Current type flowing over the channel zone to the source zone of the first conductivity type far distributed, thereby avoiding a current concentration or localization.

Mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 kann dieselbe Wirkung erzielt werden, wie wenn die Basisschicht des ersten Leitungstyps einen lokal verengten Abschnitt zwischen der ersten und der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps aufweist.With the development of claim 10, the same effect can be achieved as if the base layer of the first conduction type has a locally narrowed section between the first and the second base zone of the second conductivity type.

Bei der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 11 wird eine Akkumulationsschicht in der unter der Gateelektrode liegenden Oberflächenschicht der Halbleiterschicht des ersten Leitungstyps gebildet, was zu einer Verringerung der Durchlaßspannung führt.In the development according to claim 11, an accumulation layer in the under Gate electrode lying surface layer of the semiconductor layer of the first conductivity type formed, which leads to a reduction in the forward voltage.

Bei der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 12 kann das Halbleitersubstrat mit besserem Wirkungsgrad genutzt werden, und der die Vorrichtung bzw. Den Thyristor durchfließende Strom kann gleichförmig verteilt werden, was ein verbessertes thermisches Gleichgewicht sicherstellt.In the development according to claim 12, the semiconductor substrate with better Efficiency can be used, and the current flowing through the device or the thyristor can be distributed evenly, which ensures an improved thermal balance.

Bei der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 13 wird die Injektion von Elektronen in einem Thyristorabschnitt verstärkt und der Stromverstärkungsfaktor des Transistors erhöht, was zu einer verringerten Durchlaßspannung führt.In the development according to claim 13, the injection of electrons in one Thyristor section amplified and the current amplification factor of the transistor increases, resulting in leads to a reduced forward voltage.

Bei der Weiterbildung gemäß Patentanspruch 14 können die erste und die zweite Wannenzone des zweiten Leitungstyps gleichzeitig ausgebildet werden und brauchen nicht gesondert hergestellt zu werden.In the development according to claim 14, the first and the second tub zone of the second line type are trained simultaneously and do not need to be separately to be made.

Im Fall der Weiterbildung des Patentanspruchs 15 kann die Ladungsträger-Lebensdauer optimal gesteuert werden, so daß keine Lebensdauerkiller in unnötigen Abschnitten vorhanden sind, um einen Anstieg der Durchlaßspannung oder andere nachteilige Einflüsse zu verhindern.In the case of the further development of claim 15, the charge carrier life can be optimal can be controlled so that there are no lifetime killers in unnecessary sections prevent an increase in forward voltage or other adverse influences.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention are described in detail below with reference to FIG Described drawings. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Oberfläche eines Siliziumsubstrats eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1 is a plan view of the surface of a silicon substrate of an insulated gate thyristor according to a first embodiment of the invention,

Fig. 2(a) eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 2 (a) is a sectional view taken along line AA in Fig. 1,

Fig. 2(b) eine Querschnittsansicht längs der Linie B-B in Fig. 1, Fig. 2 (b) is a sectional view taken along line BB in Fig. 1,

Fig. 3 Strom-Spannungs-Kennlinien des Thyristors des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 3 Current-voltage characteristics of the thyristor of the first embodiment,

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Grundmuster mit hexagonaler Anordnung, Fig. 4 is a plan view of a basic pattern with a hexagonal arrangement,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Grundmuster mit streifenförmiger Anordnung, Fig. 5 is a plan view of a basic pattern with a strip-shaped arrangement,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht längs der Linie C-C in Fig. 4, Fig. 6 is a sectional view taken along line CC in Fig. 4,

Fig. 7 in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit der Durchlaßspannung von Lgmin bei dem Thyristor des ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 7 in a graphical representation of the dependence of the forward voltage of Lgmin in the thyristor of the first embodiment,

Fig. 8 in einer grafischen Darstellung Kompromißkennlinien zwischen der Durchlaßspannung und der Abschaltzeit von Bauelementen der 1200 V-Klasse gemäß dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel und Vergleichsbeispielen, Fig. 8 in a graphical representation compromise characteristics between the on-voltage and the turn-off of components of the 1200 V class according to the first exporting approximately example and comparative examples,

Fig. 9 eine Draufsicht auf die Oberfläche eines Siliziumsubstrats eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 9 is a plan view of the surface of a silicon substrate of an insulated gate thyristor according to a third embodiment,

Fig. 10 in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit der Durchlaßspannung von Lgmin bei den Thyristoren des dritten und eines vierten Ausführungsbeispiels, Fig. 10 in a graphic representation the dependency of the forward voltage of the thyristors Lgmin at the third and a fourth embodiment,

Fig. 11 in einer grafischen Darstellung Kompromißkennlinien zwischen der Durchlaßspannung und Abschaltzeit bei den Thyristoren des dritten und des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 11 in a graphical representation compromise characteristics between the on-voltage and turn-off time of the third with the thyristors and of the fourth embodiment of the invention,

Fig. 12(a) und 12(b) Querschnittsansichten entsprechend jenen der Fig. 2(a) und 2(b), die Teile des Thyristors des vierten Ausführungsbeispiels zeigen, Fig. 12 (a) and 12 (b) are sectional views corresponding to those of Fig. 2 (a) and 2 (b), the portions of the thyristor of the fourth embodiment show

Fig. 13 in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit der Durchlaßspannung von Lgmin bei einem Thyristor mit isoliertem Gate gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 13 in a graphic representation the dependency of the forward voltage of Lgmin in an insulated gate thyristor according to a fifth embodiment,

Fig. 14 in einer grafischen Darstellung die Abhängigkeit der Durchlaßspannung von Lgmin bei einem Thyristor mit isoliertem Gate eines achten Ausführungsbeispiels, Fig. 14 in a graphic representation the dependency of the forward voltage of Lgmin in an insulated gate thyristor of an eighth embodiment,

Fig. 15 eine Draufsicht auf die Oberfläche eines Siliziumsubstrats eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, Fig. 15 is a plan view of the surface of a silicon substrate of an insulated gate thyristor according to a sixth embodiment,

Fig. 16 eine Grafik, die den RBSO-Bereich von Bauelementen der 600 V-Klasse gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel und Vergleichsbeispielen zeigt, Fig. 16 is a graph showing the RBSO range of components of the 600 V class according to a sixth embodiment and comparative examples

Fig. 17 eine Schaltungsanordnung zur Messung des RBSO-Bereichs, Fig. 17 shows a circuit arrangement for measuring the RBSO region,

Fig. 18 eine Grafik, die den RBSO-Bereich von Bauelementen der 2500 V-Klasse gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel sowie Vergleichsbeispielen zeigt, Fig. 18 is a graph showing the RBSO range of components of the 2500 V class according to a seventh embodiment and comparative examples

Fig. 19 eine Querschnittsansicht eines Teiles eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel, Fig. 19 is a cross sectional view of part of an insulated gate thyristor according to a ninth embodiment,

Fig. 20 in einer grafischen Darstellung Kompromißkennlinien zwischen der Durchlaßspannung und der Abschaltzeit von Bauelementen der 600 V-Klasse gemäß einem neunten und einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie Vergleichsbeispielen, Fig. 20 in a graphical representation compromise characteristics between the on-voltage and the turn-off of components of the 600 V class according to a ninth and an eleventh embodiment of the invention and comparative examples

Fig. 21 eine Querschnittsansicht eines Teiles eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel, Fig. 21 is a cross sectional view of part of an insulated gate thyristor according to a tenth embodiment,

Fig. 22 in einer grafischen Darstellung Kompromißkennlinien zwischen der Durchlaßspannung und der Abschaltzeit von Bauelementen der 2500 V-Klasse gemäß dem zehnten Aus­ führungsbeispiel sowie Vergleichsbeispielen, Fig. 22 in a graphical representation compromise characteristics between the on-voltage and the turn-off of components of the 2500 V class according to the tenth example as well as from the guide Comparative Examples

Fig. 23 eine Querschnittsansicht eines Teiles eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem elften Ausführungsbeispiel, Fig. 23 is a cross sectional view of part of an insulated gate thyristor according to an eleventh embodiment,

Fig. 24 eine Querschnittsansicht eines Teiles eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel, Fig. 24 is a cross sectional view of part of an insulated gate thyristor according to a twelfth embodiment,

Fig. 25 eine perspektivische Ansicht, die eine herausgeschnittene Einheitszelle eines EST zeigt, Fig. 25 is a perspective view showing a cut-out unit cell of an EST,

Fig. 26 eine Querschnittsansicht, die einen verbesserten EST zeigt, Fig. 26 is a cross-sectional view showing an improved EST,

Fig. 27 eine Querschnittsansicht, die einen weiter verbesserten EST zeigt, und Fig. 27 is a cross sectional view showing a further improved EST, and

Fig. 28 eine Querschnittsansicht, die einen FET-gesteuerten Thyristor zeigt. Fig. 28 is a sectional view showing an FET-driven thyristor.

Im Verlauf der Entwicklung des EST zur Erzeugung von Prototypen verschiedener Thyristoren mit isoliertem Gate mit der Absicht, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, haben die Erfinder herausgefunden, daß keine Notwendigkeit besteht, die erste Hauptelektrode mit der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps zu kontaktieren. Selbst wenn die Oberfläche dieser zweiten Basiszone mit einem Isolierfilm bedeckt ist, kann das resultierende Bauelement in die Thyristor-Be­ triebsart geschaltet werden, die zu einem guten Kompromiß zwischen der Durchlaßspannung und der Abschaltzeit führt. Die Erfinder stellten ferner Analysen hinsichtlich der in der Ebene der Bauelemente betrachteten Muster sowie der Störstellenkonzentrationen an.During the development of the EST for the production of prototypes of different thyristors with insulated gate with the intention of solving the problems described above, the inventors have found that there is no need to connect the first main electrode to the second To contact the base zone of the second line type. Even if the surface of this second Base zone is covered with an insulating film, the resulting device in the thyristor Be drive mode can be switched to a good compromise between the forward voltage and the switch-off time leads. The inventors also performed analyzes on the level of Components considered patterns as well as impurity concentrations.

Als Ergebnis der Analysen wurde gefunden, daß die Stehspannungseigenschaft und die Durch­ laßspannung durch Verändern der Diffusionstiefen und Störstellenkonzentrationen der ersten und der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps verbessert werden. Es wurde außerdem gefunden, daß sich durch jede der folgenden Maßnahmen eine gute Wirkung oder ein guter Einfluß auf das Bauelement einstellt: Ändern der Form der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps, Variieren der Dicke des Gateisolierfilms auf der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps und der Basisschicht des ersten Leitungstyps sowie Variieren der Dicke eines freiliegenden Abschnitts der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps zwischen der Basis­ schicht des ersten Leitungstyps und der Emitterzone des ersten Leitungstyps.As a result of the analyzes, it was found that the withstand voltage property and the through let voltage by changing the diffusion depths and impurity concentrations of the first and  the second base zone of the second conduction type can be improved. It also became found that each of the following measures had a good effect or a good one Influence on the component sets: change the shape of the second base zone of the second Conductivity type, varying the thickness of the gate insulating film on the second base region of the second Conduction type and the base layer of the first conduction type and varying the thickness of one exposed portion of the second base zone of the second conduction type between the base layer of the first conduction type and the emitter zone of the first conduction type.

Die erste und die zweite Basiszone des zweiten Leitungstyps können in der Form von parallel zueinander verlaufenden Streifen ausgebildet werden, sie können aber auch eine polygonale, kreisförmige oder elliptische Form aufweisen. Wenn die erste Basiszone des zweiten Leitungs­ typs so angeordnet wird, daß sie die zweite Basiszone des zweiten Leitungstyps umgibt, kann die Stromkonzentration verringert oder vermieden werden, was zu verbesserten Kompromiß­ kennlinien des Bauelements führt. Eine Vielzahl der ersten Basiszonen des zweiten Leitungstyps kann vorteilhafterweise um die zweite Basiszone des zweiten Leitungstyps herum ausgebildet werden. Es ist auch vorteilhaft, die Diffusionsdicke der Emitterzone des ersten Leitungstyps zu variieren und Lebensdauerkiller in lokalen Bereichen des Thyristors vorzusehen.The first and second base zones of the second conduction type can be in the form of parallel mutually extending strips are formed, but they can also be a polygonal, have a circular or elliptical shape. If the first base zone of the second line is arranged in such a way that it surrounds the second base zone of the second conduction type the current concentration can be reduced or avoided, leading to improved compromise characteristics of the component leads. A plurality of the first base zones of the second conduction type can advantageously be formed around the second base zone of the second conduction type will. It is also advantageous to increase the diffusion thickness of the emitter zone of the first conduction type vary and provide lifetime killers in local areas of the thyristor.

Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, bei denen die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 25 zur Bezeichnung von strukturell und/oder funktional entsprechenden Elementen verwendet werden. In der folgenden Beschreibung verweisen "n" oder "p" in Verbindung mit einer Zone oder Schicht darauf, daß die jeweilige Zone oder Schicht Elektronen bzw. Löcher als Majoritätsladungsträger besitzt. Während bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erste Leitungstyp der n Typ und der zweite Leitungstyp der p Typ ist, können diese beiden Leitungstypen genauso gut vertauscht werden.Some embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings, in which the same reference numerals as in Fig. 25 are used to designate structurally and / or functionally corresponding elements. In the following description, "n" or "p" in connection with a zone or layer indicate that the respective zone or layer has electrons or holes as majority charge carriers. While in the following exemplary embodiments the first line type is the n type and the second line type is the p type, these two line types can just as well be interchanged.

Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment

Fig. 1 ist eine Draufsicht, die jeweilige Diffusionszonen zeigt, welche in der Oberfläche eines Siliziumsubstrats eines Thyristors mit isoliertem Gate eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, wobei Isolierfilme und Elektroden nicht dargestellt sind. In Fig. 1 ist ein Muster geformt, bei dem eine allgemein hexagonale zweite p Basiszone 6 mit Vorsprüngen 6' in einer Oberflächenschicht einer n Basisschicht 3 ausgebildet ist und sechs hexagonale erste p Basiszonen 4 so angeordnet sind, daß sie die zweite Basiszone 6 umgeben. Fig. 1 zeigt lediglich das Grundmuster, das sich bei dem Thyristor dieses Ausführungsbeispiels mehrfach wiederholt. Eine allgemein ringförmige n Sourcezone 7 mit sechseckigem Umriß ist innerhalb jeder der ersten Basiszonen 4 ausgebildet, und eine allgemein hexagonale n Emitter­ zone 8 mit Vorsprüngen 8' ist innerhalb der zweiten Basiszone 6 ausgebildet. Die durch eine gepunktete Linie innerhalb der Sourcezone 7 definierte Fläche stellt eine Kontaktzone einer Kathodenelektrode 11 dar. Die zweite Basiszone 6 und die Emitterzone 8 sind, genauer gesagt, dort mit Vorsprüngen versehen, wo die zweite Basiszone 6 und die sie umgebenden ersten Basiszonen 4 einander nahekommen. Eine (in Fig. 1 nicht gezeigte) Gateelektrode ist auf einer Zone vorgesehen, die im wesentlichen zwischen den Sourcezonen 7 und der Emitterzone 8 liegt. Fig. 1 is a plan view showing respective diffusion zones formed in the surface of a silicon substrate of an insulated gate thyristor of a first embodiment of the present invention, and insulating films and electrodes are not shown. In Fig. 1, a pattern is formed in which a generally hexagonal second p base zone 6 with protrusions 6 'is formed in a surface layer of an n base layer 3 and six hexagonal first p base zones 4 are arranged to surround the second base zone 6 . Fig. 1 shows only the basic pattern, which is repeated several times in the thyristor of this embodiment. A generally annular n source zone 7 with a hexagonal outline is formed within each of the first base zones 4 , and a generally hexagonal n emitter zone 8 with projections 8 ′ is formed within the second base zone 6 . The area defined by a dotted line within the source region 7 illustrates a contact zone of a cathode electrode 11. The second base region 6 and the emitter zone 8 are, more specifically, provided there with projections, where the second base region 6 and the surrounding first base regions 4 each to come close. A gate electrode (not shown in FIG. 1) is provided on a zone which lies essentially between the source zones 7 and the emitter zone 8 .

Fig. 2(a) ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A der Draufsicht von Fig. 1, das heißt längs einem der Vorsprünge der zweiten Basiszone 6, und Fig. 2(b) ist eine Querschnittsansicht längs der Linie B-B in Fig. 1 und zeigt einen Teil des Thyristors, der keinen Vorsprung der zweiten Basiszone 6 aufweist. Der in diesen Figuren gezeigte Thyristor weist einen Halbleiter­ substratabschnitt auf, dessen Aufbau ähnlich dem des EST von Fig. 25 ist. Genauer gesagt sind die erste Basiszone 4 und die zweite Basiszone 6 in einer Oberflächenschicht einer der gegen­ überliegenden Flächen der n Basisschicht 3 mit hohem spezifischen Widerstand derart ausgebil­ det, daß diese Basiszone 4 und 6 voneinander beabstandet sind. Eine p⁺ Wannenzone 5 mit einer größeren Diffusionstiefe als die erste Basiszone 4 ist in einem Teil der ersten Basiszone 4 ausgebildet, um ein Verriegeln (Latch-Up) eines parasitären Thyristors zu vermeiden. Eine p Emitterschicht 1 ist auf einer n⁺ Pufferschicht 2 unter der anderen Fläche der Basisschicht 3 ausgebildet. Die Sourcezone 7 ist in einem ausgewählten Abschnitt einer Oberflächenschicht der ersten Basiszone 4 ausgebildet, und die Emitterzone 8 ist in einem ausgewählten Abschnitt einer Oberflächenschicht der zweiten Basiszone 6 ausgebildet. Wie bei dem Thyristor von Fig. 25 ist eine Gateelektrodenschicht 10 auf einem Gateoxidfilm 9 über den Oberflächen der ersten Basiszone 4, eines freiliegenden Abschnitts der Basisschicht 3 und der zweiten Basiszone 6, die zwischen der Sourcezone 7 und der Emitterzone 8 liegen, ausgebildet, so daß ein lateraler n-Kanal MOSFET umfassend die Sourcezone 7, die erste Basiszone 4 und die Basisschicht 3 gebildet wird. Die Oberfläche des MOSFET auf der Seite der Gateelektrodenschicht 10 ist mit einem Isolierfilm 14 aus Phosphorsilikatglas (PSG) bedeckt, und ein Kontaktloch oder eine Öffnung ist in dem Isolierfilm 14 ausgebildet, so daß eine Kathode 11 mit den Oberflächen sowohl der ersten Basiszone 4 als auch der Sourcezone 7 im Kontakt steht. Die Oberfläche der Emitterzone 8 ist mit einem Isolierfilm 19 bedeckt. Eine Anodenelektrode 12 ist in Kontakt mit der Oberfläche der Emitterschicht 1 ausgebildet. Obwohl eine Gateelektrode 13 in der Quer­ schnittsansicht von Fig. 2(b) in Kontakt mit der Gateelektrodenschicht 10 ausgebildet ist, stehen diese Elektrode 13 und die Gateelektrodenschicht 10 in diesem Querschnitt nicht notwendiger­ weise miteinander in Kontakt. In vielen Fällen erstreckt sich die Kathodenelektrode 11 über die Gateelektrodenschicht 10 unter Zwischenlage des Isolierfilms 14, wie in der Querschnittsansicht von Fig. 2(a) erkennbar. FIG. 2 (a) is a cross-sectional view along line AA of the top view of FIG. 1, that is, along one of the protrusions of the second base zone 6 , and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view along line BB in FIGS. 1 and shows a part of the thyristor that has no protrusion of the second base zone 6 . The thyristor shown in these figures has a semiconductor substrate section, the structure of which is similar to that of the EST of FIG. 25. More specifically, the first base zone 4 and the second base zone 6 are formed in a surface layer of one of the opposite surfaces of the n base layer 3 with a high specific resistance such that these base zones 4 and 6 are spaced apart. A p⁺ well zone 5 with a greater diffusion depth than the first base zone 4 is formed in a part of the first base zone 4 in order to avoid locking (latch-up) of a parasitic thyristor. A p emitter layer 1 is formed on an n⁺ buffer layer 2 under the other surface of the base layer 3 . The source zone 7 is formed in a selected section of a surface layer of the first base zone 4 , and the emitter zone 8 is formed in a selected section of a surface layer of the second base zone 6 . As with the thyristor of FIG. 25, a gate electrode layer 10 is formed on a gate oxide film 9 over the surfaces of the first base zone 4 , an exposed portion of the base layer 3 and the second base zone 6 , which are between the source zone 7 and the emitter zone 8 , so that a lateral n-channel MOSFET comprising the source zone 7 , the first base zone 4 and the base layer 3 is formed. The surface of the MOSFET on the side of the gate electrode layer 10 is covered with an insulating film 14 made of phosphorus silicate glass (PSG), and a contact hole or an opening is formed in the insulating film 14 so that a cathode 11 with the surfaces of both the first base region 4 and the source zone 7 is in contact. The surface of the emitter zone 8 is covered with an insulating film 19 . An anode electrode 12 is formed in contact with the surface of the emitter layer 1 . Although a gate electrode 13 in the sectional view of Fig. 2 (b) in contact with the gate electrode layer 10 is formed, are these electrode 13 and the gate electrode layer 10 in this cross-section does not necessarily contact each other. In many cases, the cathode electrode 11 extends over the gate electrode layer 10 with the interposition of the insulating film 14 , as can be seen in the cross-sectional view of FIG. 2 (a).

Ein Isolierfilm 19 liegt auf einem Teil des Substrats entsprechend der Emitterzone 8 und der zweiten Basiszone 6 in Fig. 1, und die Kathodenelektrode 11 steht im Kontakt mit einem von der ersten Basiszone 4 umgebenen Abschnitt entsprechend der Sourcezone 7 und der Wannenzone 5. Die Basisschicht 3 liegt zwischen der entsprechenden ersten Basiszone 4 und zweiten Basiszone 6 sowie zwischen benachbarten ersten Basiszonen 4 zur Oberfläche des Substrats frei. Die Gateelektrodenschicht 10 ist über den freiliegenden Abschnitten der ersten Basiszone 4, der zweiten Basiszone 6 und der Basisschicht 3 vorgesehen.An insulating film 19 lies on a part of the substrate corresponding to the emitter zone 8 and the second base zone 6 in FIG. 1, and the cathode electrode 11 is in contact with a section surrounded by the first base zone 4 corresponding to the source zone 7 and the well zone 5 . The base layer 3 is exposed between the corresponding first base zone 4 and second base zone 6 and between adjacent first base zones 4 to the surface of the substrate. The gate electrode layer 10 is provided over the exposed portions of the first base zone 4 , the second base zone 6 and the base layer 3 .

Der Thyristor des ersten Ausführungsbeispiels kann im wesentlichen mit demselben Verfahren wie der herkömmliche IGBT unter Verwendung unterschiedlicher Masken zur Ausbildung der jeweiligen Diffusionszonen hergestellt werden. Zur Herstellung eines Bauelements der 1200 V- Klasse werden beispielsweise eine n Schicht mit einem spezifischen Widerstand von 0,05 Ωcm und 15 µm Dicke zur Schaffung der n⁺ Pufferschicht 2 sowie eine n Schicht mit einem spezifi­ schen Widerstand von 80 Ωcm und 115 µm Dicke zur Schaffung der n Basisschicht 3 epitaxial auf einem p Siliziumsubstrat einer Dicke von 450 µm und eines spezifischen Widerstands von 0,02 Ωcm zur Schaffung eines Epitaxial-Wafers aufgewachsen. Die p⁺ Wannenzone 5, die erste p Basiszone 4 und die zweite p Basiszone 6 werden durch Implantieren von Borionen und thermische Diffusion ausgebildet, und die n Emitterzone 8 und die n Sourcezone 7 werden durch Implantation von Arsenionen und Phosphorionen und thermische Diffusion ausgebildet. Die Kanten der ersten Basiszone 4, der zweiten Basiszone 6, der Sourcezone 7 und der Emitterzone 8 werden durch die aus polykristallinem Silicium gebildete Gateelektrode 10 und andere auf dem Halbleitersubstrat bestimmt, und die Abstände zwischen diesen Zonen 4, 6, 7 und 8 werden durch die Diffusion der jeweiligen Zonen in seitlichen Richtungen bestimmt. Die Kathodenelek­ trode 11 und Gateelektrode 13 bestehen aus einer Al-Legierung und sind durch Sputtern ausgebildet, und die Anodenelektrode 12, die mit einem Metallsubstrat verlötet werden soll, besteht aus drei Schichten aus Ti, Ni und Au, die schichtweise durch Sputtern ausgebildet sind. Das Bauelement wird mit einem Elektronenstrahl bestrahlt, um die Ladungsträgerlebensdauer zu steuern und dadurch die Schaltzeit zu verringern.The thyristor of the first embodiment can be manufactured essentially by the same method as the conventional IGBT using different masks to form the respective diffusion zones. For the production of a component of the 1200 V class, for example, an n layer with a specific resistance of 0.05 Ωcm and 15 μm thick is used to create the n⁺ buffer layer 2 and an n layer with a specific resistance of 80 Ωcm and 115 μm thick to create the n base layer 3 epitaxially on a p silicon substrate with a thickness of 450 μm and a specific resistance of 0.02 Ωcm for the creation of an epitaxial wafer. The p⁺ well zone 5 , the first p base zone 4 and the second p base zone 6 are formed by implantation of boron ions and thermal diffusion, and the n emitter zone 8 and the n source zone 7 are formed by implantation of arsenic ions and phosphorus ions and thermal diffusion. The edges of the first base zone 4 , the second base zone 6 , the source zone 7 and the emitter zone 8 are determined by the gate electrode 10 made of polycrystalline silicon and others on the semiconductor substrate, and the distances between these zones 4 , 6 , 7 and 8 are determined by determines the diffusion of the respective zones in lateral directions. The cathode electrode 11 and gate electrode 13 are made of an Al alloy and are formed by sputtering, and the anode electrode 12 , which is to be soldered to a metal substrate, consists of three layers of Ti, Ni and Au, which are formed in layers by sputtering. The device is irradiated with an electron beam in order to control the charge carrier life and thereby reduce the switching time.

Die Diffusionstiefe der Wannenzone 5 beträgt bei einem praktischen Beispiel 6 µm und jene der ersten und der zweiten Basiszone 4, 6 beträgt 3 µm. Die Diffusionstiefen der Emitterzone 8 und der Sourcezone 7 betragen 1 µm bzw. 0,3 µm. Werden die Diffusionstiefen der jeweiligen Zonen in dieser Weise eingestellt, weist der npn Transistor des Thyristorabschnitts einen erhöhten Stromverstärkungsfaktor auf und die Durchlaßspannung ist reduziert. Was die Breite der Gateelektrodenschicht 10 angeht, so wurde ein Experiment ausgeführt, indem "Lg" zwischen der ersten und der zweiten Basiszone auf 15 µm gesetzt wurde und der Abstand "Lgmin", gemessen am Vorsprung der zweiten Basiszone 6, in dem Bereich von 3-15 µm variiert wurde. Der Abstand zwischen benachbarten ersten Basiszonen 4 beträgt 30 µm, die Breite der Sourcezone 7 beträgt 4 µm und das Zellenrastermaß beträgt 55 µm. Der Abschnitt der Emitterzone 8, der nahe bei der ersten Basiszone 4 liegt, weist unter Berücksichtigung der Stehspannung im wesentlichen dieselbe Diffusionstiefe wie die Sourcezone 7 auf.The diffusion depth of the tub zone 5 is 6 µm in a practical example and that of the first and second base zones 4 , 6 is 3 µm. The diffusion depths of the emitter zone 8 and the source zone 7 are 1 µm and 0.3 µm, respectively. If the diffusion depths of the respective zones are set in this way, the npn transistor of the thyristor section has an increased current amplification factor and the forward voltage is reduced. As for the width of the gate electrode layer 10 , an experiment was carried out by setting "Lg" between the first and second base zones to 15 µm and the distance "Lgmin" measured at the protrusion of the second base zone 6 in the range of 3 -15 µm was varied. The distance between adjacent first base zones 4 is 30 μm, the width of the source zone 7 is 4 μm and the cell grid dimension is 55 μm. The section of the emitter zone 8 , which is close to the first base zone 4 , has essentially the same diffusion depth as the source zone 7 , taking into account the withstand voltage.

Die Betriebsweise des gemäß obiger Beschreibung aufgebauten Thyristors soll nun beschrieben werden. Wenn die Kathodenelektrode 11 an Masse liegt und eine positive Spannung gleich oder größer als ein bestimmter (Schwellen-)Wert an die Gateelektrode 13 angelegt wird, während eine positive Spannung an der Anodenelektrode 12 anliegt, wird eine Inversionsschicht (Teilakkumulationsschicht) unter dem Gateelektrodenschicht 10 gebildet, und der laterale MOSFET wird eingeschaltet. Als Folge davon werden Elektronen anfänglich von der Kathoden­ elektrode 11 über die Sourcezone 7 und den in der Oberflächenschicht der ersten Basiszone 4 gebildeten Kanal des MOSFETs zur Basisschicht 3 geliefert. Diese Elektronen wirken als Basisstrom für einen pnp Transistor, der aus der p Emitterschicht 1, der n⁺ Pufferschicht 2, der n Basisschicht 3 und der p Basiszone 4 (p⁺ Wannenzone 5) besteht, und Löcher werden von der Emitterschicht 1 injiziert und fließen über die Pufferschicht 2 und die Basisschicht 3 in die erste Basiszone 4. Auf diese Weise arbeitet dieser pnp Transistor in der IGBT-Betriebsart. Da sich die zweite Basiszone 6 in diesem Modus in einem schwimmenden Zustand befindet, steigt ihr Potential aufgrund des Löcherstroms durch die Basisschicht 3 langsam an. Wie sich aus der Querschnittsansicht von Fig. 2 ergibt, wird, wenn der Transistor eingeschaltet ist, das Potential der Emitterzone 8 über den Kanal des MOSFET im wesentlichen gleich demjenigen der Source­ zone 7 gehalten, weshalb Elektronen nach einer Weile beginnen, gleichförmig von der gesamten Emitterzone 8 in die zweite Basiszone 6 injiziert zu werden. Damit arbeitet ein Thyristorabschnitt, der aus der Emitterschicht 1, der Pufferschicht 2, der Basisschicht 3, der zweiten Basiszone 6 und der Emitterzone 8 besteht, in einer Thyristor-Betriebsart.The operation of the thyristor constructed as described above will now be described. When the cathode electrode 11 is grounded and a positive voltage equal to or greater than a certain (threshold) value is applied to the gate electrode 13 while a positive voltage is applied to the anode electrode 12 , an inversion layer (partial accumulation layer) is formed under the gate electrode layer 10 , and the lateral MOSFET is turned on. As a result, electrons are initially supplied from the cathode electrode 11 via the source zone 7 and the channel of the MOSFET to the base layer 3 formed in the surface layer of the first base zone 4 . These electrons act as a base current for a pnp transistor, which consists of the p emitter layer 1 , the n⁺ buffer layer 2 , the n base layer 3 and the p base zone 4 (p⁺ tub zone 5 ), and holes are injected from the emitter layer 1 and flow via the buffer layer 2 and the base layer 3 into the first base zone 4 . In this way, this pnp transistor works in the IGBT mode. Since the second base zone 6 is in a floating state in this mode, its potential increases slowly due to the hole current through the base layer 3 . As can be seen from the cross-sectional view of Fig. 2, when the transistor is turned on, the potential of the emitter zone 8 via the channel of the MOSFET is kept substantially the same as that of the source zone 7 , which is why electrons start after a while, uniformly of all Emitter zone 8 to be injected into the second base zone 6 . A thyristor section, which consists of the emitter layer 1 , the buffer layer 2 , the base layer 3 , the second base zone 6 and the emitter zone 8 , thus operates in a thyristor mode.

Zum Abschalten wird das Potential der Gateelektrodenschicht 10 unter den Schwellenwert des lateralen MOSFETs abgesenkt, um den lateralen MOSFET zu sperren, so daß die Emitterzone 8 elektrisch von der Kathodenelektrode 11 getrennt wird und der Betrieb des Thyristorabschnitts stoppt.For switching off, the potential of the gate electrode layer 10 is lowered below the threshold value of the lateral MOSFET in order to block the lateral MOSFET, so that the emitter zone 8 is electrically separated from the cathode electrode 11 and the operation of the thyristor section stops.

Wenn der Transistor eingeschaltet wird, wird das Potential der Emitterzone 8 über den gerade unterhalb der Gateelektrodenschicht 10 gebildeten Kanal im wesentlichen gleich dem der Kathodenelektrode 11 gehalten. Bei dem Thyristor von Fig. 1 ist sowohl die Oberfläche der zweiten Basiszone 6 als auch die der Emitterzone 8 mit dem Isolierfilm 14 bedeckt, und die zweite Basiszone 6 steht nicht im Kontakt mit der Kathodenelektrode 11. Daher nimmt das Potential der zweiten Basiszone 6 infolge des Löcherstroms durch die Basisschicht 3 allmählich zu, bis Elektronen von der Emitterzone 8 injiziert werden. Auf diese Weise wird der Thyristor bestehend aus der Emitterzone 8, der zweiten Basiszone 6, der Basisschicht 3 und der Emitter­ schicht 1 eingeschaltet. Somit kann die IGBT-Betriebsart rasch zu der Thyristor-Betriebsart umgeschaltet werden, ohne daß ein Löcherstrom in Z-Richtung in der zweiten Basiszone fließt, wie dies beim herkömmlichen EST der Fall ist. Ferner wird die Durchlaßspannung gesenkt, da die Elektronen gleichförmig von der gesamten Emitterzone 8 injiziert werden.When the transistor is switched on, the potential of the emitter zone 8 is kept substantially equal to that of the cathode electrode 11 via the channel formed just below the gate electrode layer 10 . In the thyristor of Fig. 1, both the surface of the second base region 6 as is also the emitter region 8 is covered with the insulating film 14, and the second base region 6 is not in contact with the cathode electrode 11. Therefore, the potential of the second base region 6 gradually increases due to the hole current through the base layer 3 until electrons are injected from the emitter region 8 . In this way, the thyristor consisting of the emitter zone 8 , the second base zone 6 , the base layer 3 and the emitter layer 1 is turned on. Thus, the IGBT mode can be quickly switched to the thyristor mode without a hole current flowing in the Z direction in the second base zone, as is the case with the conventional EST. Furthermore, the forward voltage is reduced because the electrons are injected uniformly from the entire emitter zone 8 .

Beim Abschalten andererseits kann der pn-Übergang zwischen der Emitterzone 8 und der zweiten Basiszone 6 gleichförmig seine Sperrfähigkeit annehmen, wodurch eine Stromlokalisie­ rung oder -konzentration vermieden werden kann, was eine deutliche Erhöhung des RBSO-Be­ reichs garantiert. Da ferner eine Vielzahl erster Basiszonen 4 mit in ihren Oberflächenschichten vorhandenen Sourcezonen 7 um die zweite Basiszone 6 herum angeordnet sind, ist das Bauele­ ment dieses Ausführungsbeispiels frei von Stromkonzentrationen oder -lokalisierung und besitzt eine hohe Durchbruchsfestigkeit.On the other hand, the pn junction between the emitter zone 8 and the second base zone 6 can assume its blocking capability uniformly, as a result of which a current localization or concentration can be avoided, which guarantees a significant increase in the RBSO range. Furthermore, since a plurality of first base zones 4 with source zones 7 present in their surface layers are arranged around the second base zone 6 , the component of this embodiment is free of current concentrations or localization and has a high breakdown resistance.

Die graphische Darstellung von Fig. 3 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie für den Fall von Lg 15 µm und Lgmin gleich 6 µm. In Fig. 3 ist auf der Abszisse die Durchlaßspannung und auf der Ordinate die Stromdichte aufgetragen. Fig. 3 zeigt außerdem entsprechende Kennlinien zweier Vergleichsbeispiele bei denen die zweite Basiszone 6 und die Emitterzone 8 keine Vorsprünge aufweisen, wie in Fig. 4 gezeigt, bei der es sich um eine Draufsicht auf Diffusionszonen eines Siliziumsubstrats handelt. Bei diesen Vergleichsbeispielen ist Lg = Lgmin. Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie C-C in Fig. 4. In Fig. 6 ist die erste Basiszone 4 wie im Fall von Fig. 2(b) um eine relativ große Strecke von der zweiten Basiszone 6 beabstandet. The graph of FIG. 3 shows the current-voltage characteristic microns for the case of 15 and Lg Lgmin equal to 6 microns. In Fig. 3, the forward voltage is plotted on the abscissa and the current density on the ordinate. FIG. 3 also shows corresponding characteristic curves of two comparative examples in which the second base zone 6 and the emitter zone 8 have no projections, as shown in FIG. 4, which is a top view of diffusion zones of a silicon substrate. In these comparative examples, Lg = Lgmin. Fig. 6 is a cross-sectional view taken along line CC in Fig. 4. In Fig. 6, as in the case of Fig. 2 (b), the first base zone 4 is spaced a relatively large distance from the second base zone 6 .

Bei einem praktischen Beispiel betrug die Durchlaßspannung bei einer Stromdichte von 50 A/cm2 2,0 V wenn Lg 15 µm betrug und keine Vorsprünge vorgesehen waren, wie durch die mittlere Kennlinie in Fig. 3 dargestellt, während die Durchlaßspannung des Bauelements gemäß der Erfindung bei gleicher Stromdichte etwa 1,75 V betrug (linke Kennlinie in Fig. 3), was um 0,25 V geringer ist als beim Vergleichsbeispiel. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Kanal (nachfolgend als Akkumulationsschicht bezeichnet), der an der Oberfläche der Basisschicht 3 gebildet wird, bei dem Bauelement des vorliegenden Ausführungsbeispiels, bei dem die zweiten Basiszonen 6 und die Emitterzonen 8 mit Vorsprüngen versehen sind, verkürzt und sein Wider­ stand verringert wird. Die gepunktete Kennlinie in Fig. 3 entspricht dem anderen Vergleichsbei­ spiel ohne Vorsprünge, wo der Abstand Lg zwischen der ersten Basiszone 4 und der zweiten Basiszone 6 gleichförmig auf 6 µm eingestellt wurde. Die Durchlaßspannung bei einer Strom­ dichte von 50 A/cm2 beträgt bei diesem Beispiel nicht weniger als 2,40 V. Diese beruht darauf, daß der Kontakt-FET-Effekt im Gegensatz zum oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel intensiviert wurde und daher die Lieferung von Elektronen von der Sourcezone 7 zur Basisschicht 3 begrenzt war, was in einer verminderten Löcherinjektion resultierte. Konsequenterweise wurde der Thyristor langsamer eingeschaltet, und die Durchlaßspannung war erhöht.In a practical example, the forward voltage at a current density of 50 A / cm 2 was 2.0 V when Lg was 15 µm and no projections were provided, as shown by the middle characteristic curve in Fig. 3, while the forward voltage of the device according to the invention at the same current density was approximately 1.75 V (left characteristic in FIG. 3), which is 0.25 V lower than in the comparative example. This is because the channel (hereinafter referred to as an accumulation layer ) formed on the surface of the base layer 3 in the device of the present embodiment in which the second base zones 6 and the emitter zones 8 are provided with protrusions is shortened and be Resisted is reduced. The dotted characteristic curve in FIG. 3 corresponds to the other comparison example without projections, where the distance Lg between the first base zone 4 and the second base zone 6 was set uniformly to 6 μm. The forward voltage at a current density of 50 A / cm 2 in this example is not less than 2.40 V. This is due to the fact that the contact FET effect has been intensified in contrast to the first embodiment described above and therefore the delivery of electrons was limited from the source zone 7 to the base layer 3 , which resulted in a reduced hole injection. As a consequence, the thyristor was turned on more slowly and the forward voltage was increased.

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Durchlaßspannung von Lgmin bei einer Stromdichte von 50 A/cm2. Auf der Abszisse ist Lgmin, gemessen an den Vorsprüngen, aufgetragen, und auf der Ordinate die Durchlaßspannung. Die Lebensdauer wurde so gesteuert, daß sich ein konstanter Abschaltverlust ergab. Wie in Fig. 7 gezeigt, nahm die Durchlaßspan­ nung mit einer Abnahme von Lgmin ab und sank auf 1,57 V bei Lgmin = 3 µm. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Lieferung von Elektronen von der Sourcezone 7 gemäß obiger Beschrei­ bung nicht wesentlich von dem Kontakt-FET-Effekt beschränkt wurde und der Widerstand der Akkumulationsschicht verringert wurde. Die Sättigungsstromdichte, die für Lgmin im Bereich von 6 bis 15 µm gemessen wurde, betrug konstant 200 A/cm2, änderte sich innerhalb dieses Bereichs also nicht. Dies beruht darauf, daß die Sättigungsstromdichte vom Volumen des Gateoxidfilms und der Störstellenkonzentration an der Oberfläche der ersten Basiszone 6 eben unterhalb des Gateoxidfilms bestimmt wird. Keine Stromsättigung trat dagegen bei einem Thyristor mit Lgmin = 3 µm auf. Dies liegt daran, daß die ersten und die zweiten Basiszonen 4, 6 in diesem Fall miteinander verbunden oder gekoppelt waren und deshalb Elektronen unabhän­ gig vom Potential an der Anode davon abgehalten wurden, von der Sourcezone 7 zur Emitter­ zone 8 geliefert zu werden. Fig. 7 is a graph showing the dependency of the forward voltage of Lgmin at a current density of 50 A / cm 2. Lgmin, measured on the projections, is plotted on the abscissa, and the forward voltage is plotted on the ordinate. The service life was controlled in such a way that there was a constant switch-off loss. As shown in Fig. 7, the forward voltage decreased with a decrease in Lgmin and decreased to 1.57 V at Lgmin = 3 µm. This is because the supply of electrons from the source zone 7 as described above was not significantly restricted by the contact FET effect and the resistance of the accumulation layer was reduced. The saturation current density, which was measured for Lgmin in the range from 6 to 15 μm, was constantly 200 A / cm 2 , ie did not change within this range. This is due to the fact that the saturation current density is determined by the volume of the gate oxide film and the impurity concentration on the surface of the first base zone 6 just below the gate oxide film. However, no current saturation occurred with a thyristor with Lgmin = 3 µm. This is because the first and second base zones 4 , 6 were connected or coupled in this case and therefore electrons were prevented from being supplied from the source zone 7 to the emitter zone 8 regardless of the potential at the anode.

Die gestrichelte Kurve in Fig. 7 zeigt die Abhängigkeit der Durchlaßspannung von Lg, wenn Lg verändert wurde. In diesem Fall steigt die Durchlaßspannung mit abnehmenden Lg aufgrund des oben beschriebenen Kontakt-FET-Effekts an. Bei zunehmendem Lg nimmt der Grad der Abnahme der Durchlaßspannung ab, da der Widerstand der Akkumulationsschicht zunimmt und die Thyristorfläche verringert wird.The dashed curve in FIG. 7 shows the dependence of the forward voltage on Lg when Lg was changed. In this case, the forward voltage increases with decreasing Lg due to the contact FET effect described above. As the Lg increases, the forward voltage decrease decreases because the resistance of the accumulation layer increases and the thyristor area is reduced.

Wie aus Fig. 7 entnehmbar, kann ein Thyristor mit ausreichend niedriger Durchlaßspannung dadurch geschaffen werden, daß Lgmin verringert wird, während Lg auf einem gewissen großen Wert gehalten wird, statt einfach Lg zu verringern. As can be seen from Fig. 7, a thyristor with a sufficiently low forward voltage can be provided by reducing Lgmin while keeping Lg at a certain large value instead of simply reducing Lg.

Die Graphik in Fig. 8 zeigt Kompromißkennlinien zwischen der Durchlaßspannung Von und der Abschaltzeit Tab des Thyristors, wenn die Ladungsträgerlebensdauer verändert wurde. Auf der Abszisse ist die Durchlaßspannung, gemessen bei einer Stromdichte von 50 A/cm2, aufgetragen, während die Abschaltzeit auf der Ordinate aufgetragen ist. Zu Vergleichszwecken zeigt Fig. 8 auch die Kompromißkennlinien der oben erläuterten Vergleichsbeispiele, bei denen die zweiten Basiszonen keine Vorsprünge aufweisen, nämlich des in Fig. 25 gezeigten EST (nachfolgen als EST-1 bezeichnet), des in Fig. 26 gezeigten EST (nachfolgend als EST-2 bezeichnet), des in Fig. 27 gezeigten EST (nachfolgend als EST-3 bezeichnet) und eines IGBT. Bei dem EST-2 und dem EST-3 war die Breite der n Emitterzone 8 auf 20 µm eingestellt.The graph in Fig. 8 shows compromise characteristics between the forward voltage V on and the turn-off time T ab of the thyristor when the carrier lifetime has been changed. The forward voltage, measured at a current density of 50 A / cm 2 , is plotted on the abscissa, while the switch-off time is plotted on the ordinate. For comparison purposes, FIG. 8 also shows the compromise characteristics of the comparative examples explained above, in which the second base zones have no projections, namely the EST shown in FIG. 25 (hereinafter referred to as EST-1), the EST shown in FIG. 26 (hereinafter referred to as EST-2), the EST shown in Fig. 27 (hereinafter referred to as EST-3) and an IGBT. With the EST-2 and EST-3, the width of the n emitter zone 8 was set to 20 μm.

Wie aus Fig. 8 hervorgeht, besitzt der Thyristor des ersten Ausführungsbeispiels eine sehr viel bessere Kompromißkennlinie als die obigen Vergleichsbeispiele. Von den Vergleichsbeispielen ohne Vorsprünge der zweiten Basiszonen, weist dasjenige mit Lg = 15 µm eine dem EST-3 ähnliche Eigenschaft auf, während die Eigenschaft desjenigen mit Lg = 6 µm aus den oben beschriebenen Gründen schlechter als die des IGBT ist.As is apparent from Fig. 8, the thyristor of the first embodiment has a much better compromise characteristic than the above comparative examples. Of the comparative examples without protrusions of the second base zones, the one with Lg = 15 µm has a property similar to the EST-3, while the one with Lg = 6 µm is worse than that of the IGBT for the reasons described above.

Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel erfolgte eine Lebensdauersteuerung durch Implantation von Heliumionen anstelle der Bestrahlung des Bauelements mit einem Elektronenstrahl, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Die Bestrahlung mit Heliumionen wurde unter den Bedingungen einer Beschleunigungsspannung von 24 MeV und einer Dosismenge von 1 × 1011 bis 1 × 1012 cm2 ausgeführt. Nach der Bestrahlung wurde das Bauelement auf 350-375°C angelassen.In the second exemplary embodiment, lifespan control was carried out by implanting helium ions instead of irradiating the component with an electron beam, as is the case in the first exemplary embodiment. The irradiation with helium ions was carried out under the conditions of an accelerating voltage of 24 MeV and a dose amount of 1 × 10 11 to 1 × 10 12 cm 2 . After the irradiation, the component was left at 350-375 ° C.

Die Graphik in Fig. 8 zeigt auch die Kompromißkennlinie zwischen der Durchlaßspannung Von und der Abschaltzeit Tab des Thyristors mit isoliertem Gate dieses zweiten Ausführungsbeispiels.The graph in FIG. 8 also shows the compromise characteristic between the forward voltage V on and the turn-off time T ab of the insulated gate thyristor of this second embodiment.

Die Bestrahlung mit Heliumionen ist eine Methode zur Erzeugung von Kristallfehlern, die Lebensdauerkiller in lokalen Abschnitten des Bauelements darstellen. Da mit dieser Methode eine optimale Verteilung der Lebensdauerkiller erzielt werden kann und die Lebensdauerkiller nicht in unnötigen Abschnitten auftreten, zeigt der Thyristor des zweiten Ausführungsbeispiels eine noch bessere Kompromißkennlinie als der des ersten Ausführungsbeispiels.Radiation with helium ions is a method of generating crystal defects that Represent lifetime killers in local sections of the device. Because with this method one optimal distribution of lifespan killers can be achieved and the lifespan killers are not in unnecessary sections occur, the thyristor of the second embodiment still shows one better compromise characteristic than that of the first embodiment.

Bei einem anderen Thyristor mit isoliertem Gate wurde die Lebensdauersteuerung durch Bestrah­ lung mit Protonen ausgeführt. Die Dosismenge war im wesentlichen gleich derjenigen der bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Heliumionen. Das so hergestellte Bauelement besaß im wesentlichen dieselben Eigenschaften wie das des zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem die Lebensdauersteuerung durch Bestrahlung mit Heliumionen erfolgte. In another insulated gate thyristor, lifetime control was irradiated with protons. The dose amount was essentially the same as that of helium ions used in the second embodiment. The component manufactured in this way had substantially the same properties as that of the second embodiment which was controlled by irradiation with helium ions.  

Drittes AusführungsbeispielThird embodiment

Fig. 9 ist eine Draufsicht, die jeweilige Diffusionszonen zeigt, welche in der Oberfläche eines Siliziumsubstrats eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, wobei wiederum Isolierfilme und Elektroden nicht dargestellt sind. Gemäß Fig. 9 ist ein Muster gebildet, bei dem eine streifenförmige zweite p Basiszone 6 mit Vorsprüngen 6' in einer Oberflächenschicht der n Basisschicht 3 ausgebildet ist und streifenförmige erste p Basiszonen 4 so angeordnet sind, daß sie den Längsseiten der zweiten Basiszone 6 zugewandt sind. Dieses Muster wiederholt sich bei dem Thyristor des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Eine streifenförmige n Emitterzone 8 mit Vorsprüngen 8' ist innerhalb jeder der zweiten Basiszonen 6 ausgebildet und eine streifenförmige n Sourcezone 7 ist innerhalb jeder der ersten Basiszonen 4 ausgebildet. Die durch gepunktete Linien angedeutete Fläche in den Sourcezonen 7 stellt eine Kontaktzone einer Kathodenelektrode 11 dar. Fig. 9 is a plan view showing the respective diffusion regions formed in the surface of a silicon substrate of an insulated gate thyristor according to a third embodiment of the present invention, again with insulating films and electrodes are not shown. According to FIG. 9, a pattern is formed in which a stripe-shaped second p base zone 6 with projections 6 'is formed in a surface layer of the n base layer 3 and stripe-shaped first p base zones 4 are arranged such that they face the long sides of the second base zone 6 . This pattern is repeated in the thyristor of the present embodiment. A stripe-shaped n emitter zone 8 with projections 8 ′ is formed within each of the second base zones 6 and a stripe-shaped n source zone 7 is formed within each of the first base zones 4 . The area indicated by dotted lines in the source zones 7 represents a contact zone of a cathode electrode 11 .

Der Querschnitt längs der Linie D-D in Fig. 9 ist identisch mit dem von Fig. 2(a) und derjenige längs der Linie E-E ist identisch mit dem Fig. 2(b).The cross section along the line DD in FIG. 9 is identical to that of FIG. 2 (a) and that along the line EE is identical to that of FIG. 2 (b).

Der Thyristor des dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von denen des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels nur in seinem in der Ebene betrachteten Muster und weist im übrigen im wesentlichen dieselben Betriebs- und andere Eigenschaften wie die vorangegangenen Ausführungsbeispiele auf.The thyristor of the third embodiment is different from that of the first and the second embodiment only in its pattern viewed in the plane and points in other essentially the same operational and other characteristics as the previous ones Embodiments on.

Was die Breite der Gateelektrodenschicht 10 angeht, wurde ein Experiment ausgeführt, indem der Abstand Lg zwischen der ersten und der zweiten Basiszone auf 15 µm gesetzt wurde und der Abstand Lgmin, gemessen an den Vorsprüngen der zweiten Basiszone 6, in einem Bereich von 3 bis 15 µm variiert wurde. Fig. 10 zeigt in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit der Durchlaßspannung Von von Lgmin bei einer Stromdichte von 50 A/cm2. Lgmin ist auf der Abszisse und die Durchlaßspannung auf der Ordinate aufgetragen. Die Ladungsträgerlebensdauer wurde so gesteuert, daß sich ein konstanter Abschaltverlust ergab. Wie in Fig. 10 gezeigt, nimmt die Durchlaßspannung mit abnehmendem Lgmin ab und sinkt auf 1,62 V bei Lgmin = 3 µm. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Lieferung von Elektronen von der Sourcezone 7 von dem Kontakt-EFT-Effekt nicht wesentlich beschränkt wird, wie oben beschrieben, und daß der Widerstand der Akkumulationsschicht geringer ist. Die für Lgmin im Bereich von 6 bis 15 µm gemessene Sättigungsstromdichte betrug konstant 300 A/cm2 und änderte sich innerhalb dieses Bereichs nicht. Dies liegt daran, daß der Sättigungsstrom von dem Volumen des Gateoxidfilms und der Störstellenkonzentration an der Oberfläche der ersten Basiszone 4 eben unterhalb des Gateoxidfilms bestimmt wird. Keine Stromsättigung trat jedoch bei dem Thyristor mit Lgmin = 3 µm auf. Dies liegt daran, daß die erste und die zweite Basiszone 4, 6 in diesem Fall miteinander verbunden oder gekoppelt sind und daher Elektronen davon abgehalten werden, von der Sourcezone 7 zur Emitterzone 8 geliefert zu werden, wie dies oben unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.As for the width of the gate electrode layer 10 , an experiment was carried out by setting the distance Lg between the first and second base zones to 15 µm and the distance Lgmin measured on the protrusions of the second base zone 6 in a range of 3 to 15 µm was varied. Fig. 10 shows a graph showing the dependence of the voltage V on of Lgmin at a current density of 50 A / cm 2. Lgmin is plotted on the abscissa and the forward voltage on the ordinate. The charge carrier life was controlled so that there was a constant turn-off loss. As shown in Fig. 10, the forward voltage decreases with decreasing Lgmin and drops to 1.62 V at Lgmin = 3 µm. This is because the supply of electrons from the source region 7 is not significantly restricted by the contact EFT effect, as described above, and the resistance of the accumulation layer is lower. The saturation current density measured for Lgmin in the range from 6 to 15 μm was constantly 300 A / cm 2 and did not change within this range. This is because the saturation current is determined by the volume of the gate oxide film and the impurity concentration on the surface of the first base zone 4 just below the gate oxide film. However, no current saturation occurred with the thyristor with Lgmin = 3 µm. This is because the first and second base regions 4 , 6 are connected or coupled to each other in this case, and therefore electrons are prevented from being supplied from the source region 7 to the emitter region 8 , as described above with reference to the first embodiment has been.

Die Graphik von Fig. 10 zeigt auch die Abhängigkeit der Durchlaßspannung Vonvon Lg eines Vergleichsbeispiels, bei dem die p Basiszonen 6 und n Emitterzonen 8 keine Vorsprünge im planaren Muster der Diffusionszonen auf dem Siliziumsubstrat aufwiesen, wie in Fig. 5 gezeigt. In diesem Fall nimmt die Durchlaßspannung wegen des oben beschriebenen Kontakt-FET-Effekts mit abnehmendem Lg zu. Die Rate der Abnahme der Durchlaßspannung nimmt mit zunehmen­ dem Lg ab, da der Widerstand der Akkumulationsschicht zunimmt und die Thyristorfläche verringert wird.The graph of FIG. 10 also shows the dependence of the forward voltage V on on Lg of a comparative example in which the p base zones 6 and n emitter zones 8 had no protrusions in the planar pattern of the diffusion zones on the silicon substrate, as shown in FIG. 5. In this case, the forward voltage increases with decreasing Lg due to the contact FET effect described above. The rate of decrease in forward voltage decreases with increasing Lg as the resistance of the accumulation layer increases and the thyristor area is reduced.

Wie aus Fig. 10 erkennbar, kann ein Thyristor mit ausreichend niedriger Durchlaßspannung dadurch geschaffen werden, daß Lgmin verringert wird, während Lg auf einem bestimmten großen Wert gehalten wird, statt einfach Lg zu verringern.As can be seen from Fig. 10, a thyristor with a sufficiently low forward voltage can be provided by reducing Lgmin while keeping Lg at a certain large value instead of simply reducing Lg.

Fig. 11 zeigt in einer graphischen Darstellung Kompromißkennlinien zwischen der Durchlaßspan­ nung Von und der Abschaltzeit Tab des Thyristors des dritten Ausführungsbeispiels, bei dem die Ladungsträgerlebensdauer durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl verändert wurde. Die Abszisse zeigt die Durchlaßspannung gemessen bei einer Stromdichte von 50 A/cm2, und die Ordinate zeigt die Abschaltzeit. Zum Vergleich sind die Kompromißkennlinien der Vergleichsbei­ spiele ohne Vorsprünge der zweiten Basiszonen, die oben erläutert wurden, ebenfalls in Fig. 11 gezeigt. Fig. 11 shows a graphical representation of compromise characteristics between the forward voltage V on and the switch-off time T ab of the thyristor of the third embodiment in which the charge carrier life was changed by irradiation with an electron beam. The abscissa shows the forward voltage measured at a current density of 50 A / cm 2 , and the ordinate shows the switch-off time. For comparison, the compromise characteristics of the comparison examples without projections of the second base zones, which were explained above, are also shown in FIG. 11.

Man erkennt, daß der Thyristor des dritten Ausführungsbeispiels eine sehr viel bessere Kompro­ mißkennlinie als das Vergleichsbeispiel (Lg = 15 µm) ohne Vorsprünge der zweiten Basiszonen aufweist. Das Vergleichsbeispiel mit Lg = 6 µm weist aus dem oben beschriebenen Grund eine noch schlechtere Kennlinie auf.It can be seen that the thyristor of the third embodiment is a much better compro characteristic curve than the comparative example (Lg = 15 µm) without protrusions of the second base zones having. The comparative example with Lg = 6 µm has one for the reason described above even worse characteristic.

Viertes AusführungsbeispielFourth embodiment

Während bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die n⁺ Pufferschicht 2 zwischen der p Emitterschicht 1 und der n Basisschicht 3 vorgesehen ist, ist die vorliegende Erfindung auch anwendbar auf einen ähnlichen Thyristor ohne n⁺ Pufferschicht 2. Die Fig. 12(a) und 12(b) stellen Querschnittsansichten dar, die einen Teil eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen, der unter Verwendung eines Massivsiliziumwafers (bulk silicon wafer) anstelle eines Epitaxialwafers hergestellt wird. Während der Aufbau auf einer der gegenüberliegenden Hauptflächen der n Basisschicht 3 des Massivsiliziumwafers derselbe ist wie der des zweiten Ausführungsbeispiels von Fig. 3, ist die p Emitterschicht 1 durch Implantation von Borionen und thermische Diffusion direkt auf der anderen Hauptfläche der Basisschicht 3 ausgebildet. Bei einem Beispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels wurde ein Siliciumwafer mit einem spezifischen Widerstand von 60 Ω.cm und einer Dicke von 200 µm verwendet.While in the exemplary embodiments described above the n⁺ buffer layer 2 is provided between the p emitter layer 1 and the n base layer 3 , the present invention is also applicable to a similar thyristor without n ohne buffer layer 2 . The Fig. 12 (a) and 12 (b) illustrate cross-sectional views showing a part of an insulated gate thyristor according to a fourth embodiment of the present invention, which is prepared using a solid silicon wafer (bulk silicon wafer) instead of an epitaxial wafer. While the structure on one of the opposing main surfaces of the n base layer 3 of the solid silicon wafer is the same as that of the second exemplary embodiment from FIG. 3, the p emitter layer 1 is formed directly on the other main surface of the base layer 3 by implantation of boron ions and thermal diffusion. In an example of the present embodiment, a silicon wafer with a specific resistance of 60 Ω.cm and a thickness of 200 μm was used.

Hinsichtlich der Breite der Gateelektrodenschicht 10 wurde ein Experiment ausgeführt, indem der Abstand Lg zwischen den ersten und den zweiten Basiszonen auf 15 µm eingestellt wurde und der Abstand Lgmin, gemessen an den Vorsprüngen der zweiten Basiszone 6, innerhalb eines Bereichs von 3 bis 15 µm variiert wurde. Die Graphik von Fig. 10 zeigt die Abhängigkeit der Durchlaßspannung Von von Lgmin für den Fall einer Stromdichte von 50 A/cm2. Die Ladungsträ­ gerlebensdauer wurde so gesteuert, daß sich ein konstanter Abschaltverlust ergab.An experiment was performed on the width of the gate electrode layer 10 by setting the distance Lg between the first and second base zones to 15 µm and varying the distance Lgmin measured on the protrusions of the second base zone 6 within a range of 3 to 15 µm has been. The graph of Fig. 10 shows the dependence of the voltage V on of Lgmin the case of a current density of 50 A / cm 2. The charge carrier life was controlled so that there was a constant turn-off loss.

Auch bei dem vierten Ausführungsbeispiel nimmt die Durchlaßspannung mit einer Abnahme von Lgmin ab und sinkt auf 1,77 V, wenn Lgmin 3 µm beträgt. Die Sättigungsstromdichte, die für Lgmin innerhalb des Bereichs von 6 bis 15 µm gemessen wurde, betrug konstant 200 A/cm2 und variierte in diesem Bereich nicht. Es ergab sich indes keine Stromsättigung des Thyristors mit Lgmin = 3 µm. Die Gründe für diese Ergebnisse sind die gleichen, wie sie oben für das erste Ausführungsbeispiel angegeben wurden.Also in the fourth embodiment, the forward voltage decreases with a decrease in Lgmin and drops to 1.77 V when Lgmin is 3 µm. The saturation current density measured for Lgmin within the range of 6 to 15 µm was constantly 200 A / cm 2 and did not vary in this range. However, there was no current saturation of the thyristor with Lgmin = 3 µm. The reasons for these results are the same as those given above for the first embodiment.

Die Graphik von Fig. 10 zeigt auch die Abhängigkeit der Durchlaßspannung Vonvon Lg in einem Vergleichsbeispiel, bei dem die zweiten p Basiszonen 6 und die n Emitterzonen 8 keine Vor­ sprünge in dem planaren Muster der Diffusionszonen auf dem Siliziumsubstrat aufwiesen, wie in Fig. 5 gezeigt. In diesem Fall nimmt die Durchlaßspannung mit einer Abnahme von Lg zu. Die Sättigungsstromdichte, die für Lg im Bereich von 6 bis 15 µm gemessen wurde, betrug konstant 200 A/cm2 und variierte in diesem Bereich nicht, während bei Lg = 3 µm keine Stromsättigung auftrat.The graph of Fig. 10 also shows the dependence of the voltage V on of Lg in a comparative example in which the second p base regions 6 and the n emitter regions cracks 8 no on in the planar pattern of the diffusion regions on the silicon substrate having, as shown in Fig. 5 shown. In this case, the forward voltage increases with a decrease in Lg. The saturation current density, which was measured for Lg in the range from 6 to 15 μm, was constantly 200 A / cm 2 and did not vary in this range, while no current saturation occurred at Lg = 3 μm.

Wie aus Fig. 10 erkennbar, kann ein Thyristor mit ausreichend niedriger Durchlaßspannung dadurch geschaffen werden, daß Lgmin verringert wird, während Lg auf einem bestimmten großen Wert gehalten wird, statt einfach Lg zu verringern.As can be seen from Fig. 10, a thyristor with a sufficiently low forward voltage can be provided by reducing Lgmin while keeping Lg at a certain large value instead of simply reducing Lg.

Fig. 11 zeigt in einer graphischen Darstellung Kompromißkennlinien zwischen der Durchlaßspan­ nung Von und der Abschaltzeit Tab des Thyristors des vierten Ausführungsbeispiels, bei dem die Ladungsträgerlebensdauer durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl verändert wurde. Die Abszisse zeigt die Durchlaßspannung gemessen bei einer Stromdichte von 50 A/cm2, und die Ordinate zeigt die Abschaltzeit. Zum Vergleich sind die Kompromißkennlinien der Vergleichsbei­ spiele ohne Vorsprünge der zweiten Basiszonen, die oben erläutert wurden, ebenfalls in Fig. 11 gezeigt. Fig. 11 shows a graphical representation of compromise curves between the forward voltage V on and the switch-off time T ab of the thyristor of the fourth embodiment, in which the charge carrier life was changed by irradiation with an electron beam. The abscissa shows the forward voltage measured at a current density of 50 A / cm 2 , and the ordinate shows the switch-off time. For comparison, the compromise characteristics of the comparison examples without projections of the second base zones, which were explained above, are also shown in FIG. 11.

Man erkennt, daß der Thyristor des vierten Ausführungsbeispiels eine sehr viel bessere Kom­ promißkennlinie als das Vergleichsbeispiel (Lg = 15 µm) ohne Vorsprünge der zweiten Basiszo­ nen aufweist. Das Vergleichsbeispiel mit Lg = 6 µm weist aus dem oben beschriebenen Grund eine noch schlechtere Kennlinie auf.It can be seen that the thyristor of the fourth embodiment is a much better comm promiss curve as the comparative example (Lg = 15 µm) without protrusions of the second Basiszo NEN. The comparative example with Lg = 6 µm shows for the reason described above an even worse characteristic.

Obwohl der Thyristor mit dem Massivsiliciumwafer allgemein eine etwas größere Durchlaßspan­ nung und eine schlechtere Kompromißkennlinie verglichen mit einem Thyristor mit Epitaxialwafer aufweist, beseitigt die Verwendung des Massivsiliziumwafers die Notwendigkeit des Epitaxial­ wachstums und ist somit im Hinblick auf Kosten und verringerte Kristallfehler immer noch vorteilhaft. Aufgrund dieser Vorteile kann der Thyristor mit Massivsiliciumwafer abhängig vom Einsatzgebiet und den verlangten Spezifikationen des Bauelements zu bevorzugen sein. Although the solid silicon wafer thyristor generally has a slightly larger pass-through chip voltage and a poorer compromise characteristic compared to a thyristor with epitaxial wafer , the use of the bulk silicon wafer eliminates the need for epitaxial growth and is still in terms of cost and reduced crystal defects advantageous. Because of these advantages, the solid silicon wafer thyristor may vary depending on Area of application and the required specifications of the component to be preferred.  

Fünftes AusführungsbeispielFifth embodiment

Zur Herstellung eines Thyristors mit isoliertem Gate der 600 V-Klasse in gleicher Weise, wie der Thyristor des ersten Ausführungsbeispiels hergestellt wurde, wurden eine 10 µm dicke n Schicht mit einem spezifischen Widerstand von 0,1 Ω.cm zur Schaffung der n⁺ Pufferschicht 2 und eine 55 µm dicke n Schicht mit einem spezifischen Widerstand von 40 Ω.cm zur Schaffung der n Basisschicht 3 epitaxial auf einem p Siliziumsubstrat einer Dicke von 450 µm und einem spezifischen Widerstand von 0,02 Ω.cm aufgewachsen, um ein Epitaxialwafer zu schaffen. Der auf diese Weise hergestellte Thyristor wurde als ein Beispiel eines Bauelements gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel verwendet.In order to produce an insulated gate thyristor of the 600 V class in the same manner as the thyristor of the first exemplary embodiment, a 10 μm thick n layer with a specific resistance of 0.1 Ω.cm was created to create the n⁺ buffer layer 2 and a 55 µm thick n layer with a specific resistance of 40 Ω.cm to form the n base layer 3 epitaxially on a p silicon substrate with a thickness of 450 µm and a specific resistance of 0.02 Ω.cm to create an epitaxial wafer . The thyristor thus manufactured was used as an example of a device according to the fifth embodiment.

Der Thyristor des vorliegenden Ausführungsbeispiels hatte auch dieselben Diffusionstiefen der jeweiligen Zonen wie der des ersten Ausführungsbeispiels. Das heißt, die Diffusionstiefe der p⁺ Wannenzone 5 betrug 6 µm und jene der ersten und der zweiten p Basiszonen 4, 6 betrugen 3 µm. Die Diffusionstiefen der n Emitterzone 8 und der n Sourcezone 7 betrugen 1 µm bzw. 0,3 µm.The thyristor of the present embodiment also had the same diffusion depths of the respective zones as that of the first embodiment. That is, the diffusion depth of the p⁺ tub zone 5 was 6 µm and that of the first and second p base zones 4 , 6 was 3 µm. The diffusion depths of the n emitter zone 8 and the n source zone 7 were 1 μm and 0.3 μm, respectively.

Bezüglich der Breite der Gateelektrodenschicht 10 wurde ein Experiment ausgeführt, indem der Abstand Lg zwischen den und den zweiten Basiszonen auf 15 µm gesetzt wurde und der Abstand Lgmin, der an dem Vorsprung der zweiten Basiszone 6 gemessen wurde, in einem Bereich von 3 bis 15 µm variiert wurde.An experiment was carried out on the width of the gate electrode layer 10 by setting the distance Lg between the and the second base zones to 15 µm and the distance Lgmin measured at the protrusion of the second base zone 6 in a range of 3 to 15 µm was varied.

Die Graphik in Fig. 13 zeigt die Abhängigkeit der Durchlaßspannung Von von Lgmin für den Fall einer Stromdichte von 100 A/cm2. Die Ladungsträgerlebensdauer wurde so gesteuert, daß sich ein konstanter Abschaltverlust ergibt.The graph in FIG. 13 shows the dependence of the forward voltage V on on Lgmin in the case of a current density of 100 A / cm 2 . The charge carrier life was controlled in such a way that there was a constant switch-off loss.

Auch bei dem fünften Ausführungsbeispiel nimmt die Durchlaßspannung mit einer Abnahme von Lgmin ab und sinkt auf 1,50 V für Lgmin = 3 µm. Die für Lgmin im Bereich von 6 bis 15 µm gemessene Sättigungsstromdichte betrug konstant 400 A/cm2 und änderte sich innerhalb diese Bereichs nicht. Keine Stromsättigung trat dagegen bei einem Thyristor mit Lgmin = 3 µm auf. Die Gründe für diese Ergebnisse sind dieselben wie sie oben für das erste Ausführungsbeispiel angegeben wurden.Also in the fifth embodiment, the forward voltage decreases with a decrease in Lgmin and drops to 1.50 V for Lgmin = 3 µm. The saturation current density measured for Lgmin in the range from 6 to 15 μm was constantly 400 A / cm 2 and did not change within this range. However, no current saturation occurred with a thyristor with Lgmin = 3 µm. The reasons for these results are the same as those given above for the first embodiment.

Die Graphik von Fig. 1 3 zeigt auch die Abhängigkeit der Durchlaßspannung Von von Lg in einem Vergleichsbeispiel, bei dem die zweiten Basiszonen 6 und die Emitterzonen 8 keine Vorsprünge in dem planaren Muster der Diffusionszonen auf dem Siliziumsubstrat aufwiesen, wie in Fig. 5 gezeigt. In diesem Fall nimmt die Durchlaßspannung mit Abnahme von Lg zu. Die für Lg im Bereich von 6 bis 1 5 µm gemessene Sättigungsstromdichte betrug konstant 400 A/cm2 und änderte sich innerhalb dieses Bereichs nicht, während keine Stromsättigung bei Lg = 3 µm auftrat.The graph of FIG. 13 also shows the dependence of the forward voltage V on on Lg in a comparative example in which the second base zones 6 and the emitter zones 8 had no protrusions in the planar pattern of the diffusion zones on the silicon substrate, as shown in FIG. 5 . In this case, the forward voltage increases as Lg decreases. The saturation current density measured for Lg in the range from 6 to 15 μm was constantly 400 A / cm 2 and did not change within this range, while no current saturation occurred at Lg = 3 μm.

Wie aus der Graphik von Fig. 13 erkennbar, kann ein Thyristor mit ausreichend niedriger Durchlaßspannung dadurch geschaffen werden, daß Lgmin verringert wird, während Lg auf einem bestimmten großen Wert gehalten wird, statt einfach Lg zu verringern. As can be seen from the graph of Fig. 13, a thyristor with a sufficiently low forward voltage can be created by reducing Lgmin while keeping Lg at a certain large value instead of simply reducing Lg.

Sechstes AusführungsbeispielSixth embodiment

Fig. 15 ist eine Draufsicht, die jeweilige Diffusionszonen zeigt, die in der Oberfläche eines Siliziumsubstrats eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, wobei wiederum Isolierfilme und Elektroden nicht dargestellt sind. Obwohl der Thyristor des vorliegenden Ausführungsbeispiels dem des ersten Ausführungsbeispiels darin ähnlich ist, daß hexagonale erste p Basiszonen 4 in einem hexagona­ len Muster in der Oberflächenschicht der n Basisschicht 3 angeordnet sind, unterscheidet sich der Thyristor dieses Ausführungsbeispiels von dem des ersten Ausführungsbeispiels darin, daß die zweite p Basiszone 6, die in der Mitte des hexagonalen Musters der ersten Basiszonen 4 angeordnet ist, eine hexagonale Form ohne Vorsprünge aufweist und daß die Spitzen der hexagonalen zweiten Basiszone 6 den Seiten der jeweiligen ersten Basiszonen 4 zugewandt sind. Eine allgemein ringförmige n Sourcezone 7 mit sechseckigem Umriß ist innerhalb jeder der ersten Basiszonen 4 ausgebildet, und eine hexagonale n Emitterzone 8 ist innerhalb der zweiten Basiszone 6 ausgebildet. Die durch die gestrichelte Linie in der Sourcezone 7 definierte Fläche stellt einen Kontaktbereich einer Kathodenelektrode 11 dar. Fig. 15 is a plan view showing respective diffusion zones formed in the surface of a silicon substrate of an insulated gate thyristor according to a sixth embodiment of the present invention, again showing insulating films and electrodes. Although the thyristor of the present embodiment is similar to that of the first embodiment in that hexagonal first p base regions 4 are arranged in a hexagonal pattern in the surface layer of the n base layer 3 , the thyristor of this embodiment differs from that of the first embodiment in that second p base zone 6 , which is arranged in the middle of the hexagonal pattern of the first base zones 4 , has a hexagonal shape without projections and that the tips of the hexagonal second base zone 6 face the sides of the respective first base zones 4 . A generally annular n source region 7 with a hexagonal outline is formed within each of the first base regions 4 , and a hexagonal n emitter region 8 is formed within the second base region 6 . The area defined by the dashed line in the source zone 7 represents a contact area of a cathode electrode 11 .

Das Verfahren zur Herstellung des Thyristors des sechsten Ausführungsbeispiels und seine Betriebsweise sind im wesentlichen gleich wie jene des Thyristors des ersten Ausführungsbei­ spiels und werden daher nicht erläutert.The method of manufacturing the thyristor of the sixth embodiment and its Operations are substantially the same as those of the thyristor of the first embodiment game and are therefore not explained.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Abstand zwischen der ersten Basiszone 4 und der zweiten Basiszone 6 oder die Breite der Gateelektrodenschicht 10 lokal verringert oder verengt werden, ohne die zweite Basiszone 6 mit Vorsprüngen auszubilden. Das heißt, der Bereich, der dem Kontakt-FET-Effekt unterliegt, wird geometrisch verkleinert, und der Wider­ stand der Akkumulationsschicht wird verringert, um einen Thyristor mit einer niedrigen Durchlaß­ spannung und einer guten Kompromißkennlinie zwischen der Durchlaßspannung und der Abschaltzeit zu schaffen.In the present exemplary embodiment, the distance between the first base zone 4 and the second base zone 6 or the width of the gate electrode layer 10 can be locally reduced or narrowed without forming the second base zone 6 with projections. That is, the area subject to the contact FET effect is geometrically reduced, and the resistance of the accumulation layer is reduced to provide a thyristor with a low forward voltage and a good compromise between the forward voltage and the turn-off time.

Die Graphik in Fig. 16 zeigt die Ergebnisse von Messungen des RBSO-Bereichs des Thyristors des sechsten Ausführungsbeispiels sowie des EST-1, des EST-2, des EST-3 und des IGBT als Vergleichsbeispiele. Der RBSO-Bereich wurde bei 125°C mit einer Meßschaltung gemäß Darstellung in Fig. 17 gemessen. In Fig. 16 ist auf der Abszisse die Spannung VAK zwischen der Anode und der Kathode und auf der Ordinate der Strom IAK aufgetragen.The graph in Fig. 16 shows the results of measurements of the RBSO region of the thyristor of the sixth embodiment and the EST-1, EST-2, EST-3 and IGBT as comparative examples. The RBSO range was measured at 125 ° C with a measuring circuit as shown in Fig. 17. In Fig. 16, the voltage V AK between the anode and the cathode and on the ordinate the current I AK is plotted on the abscissa.

Gemäß Darstellung in Fig. 17 wird das zu messende Bauelement 21 über die Parallelschaltung einer 1 mH Drossel 22 und einer Freilaufdiode 23 mit einer Stromquelle 24 verbunden, und das Gate des Bauelements 21 wird über einen Widerstand 25 mit 20 Ω an eine Gatespeisequelle 26 angelegt. Das Bauelement des vorliegenden Ausführungsbeispiels, dessen Meßergebnisse in Fig. 16 gezeigt sind, wurde als Bauelement 600 V-Klasse hergestellt, und die Bauelemente der Vergleichsbeispiele wurden unter Verwendung von Epitaxialwafern gleicher Spezifikation wie dasjenige des Thyristors des oben beschriebenen fünften Ausführungsbeispiels hergestellt. Die n Emitterzone 8 sowohl des EST-2 als auch des EST-3 besaß eine Breite von 20 µm. Alle fünf Bauelemente hatten eine Chipgröße von 1 cm2. Die Durchlaßspannung, definiert als Potentialab­ fall bei einer Stromleitung von 100 A betrug nur 0,82 V für den Thyristor des sechsten Ausfüh­ rungsbeispiels, aber 1,6 V für den EST-1, 1,7 V für den EST-2, 1,0 V für den EST-3 und 2,3 V für den IGBT.As shown in Fig. 17, the connected to measuring device 21 via the parallel circuit of a 1 mH choke 22 and a freewheeling diode 23 to a power source 24, and the gate of the device 21 is applied via a resistor 25 of 20 Ω to a gate supply source 26. The device of the present embodiment, the measurement results of which are shown in Fig. 16, was manufactured as a 600 V class device, and the devices of the comparative examples were fabricated using epitaxial wafers of the same specification as that of the thyristor of the fifth embodiment described above. The n emitter zone 8 of both the EST-2 and the EST-3 had a width of 20 μm. All five components had a chip size of 1 cm 2 . The forward voltage, defined as potential drop in a 100 A power line, was only 0.82 V for the thyristor of the sixth exemplary embodiment, but 1.6 V for the EST-1, 1.7 V for the EST-2, 1, 0 V for the EST-3 and 2.3 V for the IGBT.

Wie aus Fig. 16 ersichtlich, hat das Bauelement des sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung eine geringere Durchlaßspannung als die anderen Bauelemente, und der sichere Betriebsbereich ist dreimal so groß wie der des IGBT und zweimal so groß wie der des EST-1 und des EST-3, was bedeutet, daß das vorliegende Bauelement ein hohes Durchbruchswiderstandsvermögen aufweist. Während das vorliegende Bauelement im wesentlichen das gleiche Durchbruchswider­ standsvermögen wie der EST-2 aufweist, ist es gegenüber dem EST-2 wegen der niedrigeren Durchlaßspannung vorteilhaft. Mit anderen Worten, die Durchlaßspannung kann ohne Beein­ trächtigung der anderen Eigenschaften verringert werden. Dies beruht darauf, daß bei der Anordnung, bei der die Emitterzone 8 und die Basiszone 6 in polygonaler Form ausgebildet sind und diese Zonen 8, 6 von einer Mehrzahl von Basiszonen 4 umgeben sind keine Stromkonzen­ tration auftritt.As seen from Fig. 16, the device has the sixth embodiment of the invention, a lower forward voltage than the other components, and the safe operating area is three times as large as that of the IGBT and twice as large as that of the EST-1 and EST-3 , which means that the present device has a high breakdown resistance. While the present device has substantially the same breakdown resistance as the EST-2, it is advantageous over the EST-2 because of the lower forward voltage. In other words, the forward voltage can be reduced without adversely affecting the other properties. This is due to the fact that in the arrangement in which the emitter zone 8 and the base zone 6 are formed in a polygonal shape and these zones 8 , 6 are surrounded by a plurality of base zones 4 , no current concentration occurs.

Zur Schaffung des in Fig. 15 gezeigten Aufbaus können verschiedene andere Muster der ersten und der zweiten Basiszonen als jene des ersten Ausführungsbeispiels von Fig. 1 und des dritten Ausführungsbeispiels von Fig. 9 eingesetzt werden. Beispielsweise können die ersten und die zweiten Basiszonen eine Rechteckform oder eine Kreisform aufweisen, oder die ersten Basiszo­ nen können in anderer Weise um die zweite Basiszone herum angeordnet sein.Various structures of the first and second base zones other than that of the first embodiment of FIG. 1 and the third embodiment of FIG. 9 can be used to provide the structure shown in FIG. 15. For example, the first and second base zones can have a rectangular shape or a circular shape, or the first base zones can be arranged in a different way around the second base zone.

Siebtes AusführungsbeispielSeventh embodiment

Die Graphik von Fig. 18 zeigt den RBSO-Bereich, wie er bei 125°C für Bauelemente der 2500 V-Klasse gemessen wurde, und zwar für eine Thyristor mit isoliertem Gate gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel mit dem Aufbau von Fig. 12 und dem Muster von Fig. 15 sowie dem EST-1, dem EST-2, dem EST-3 und IGBT als Vergleichsbeispiele. In der Graphik von Fig. 18 ist auf der Abszisse die Spannung VAK zwischen Anode und Kathode und auf der Ordinate der Strom IAK aufgetragen. In diesem Fall betrug die Dicke der Basisschicht 3 440 µm. Die anderen Abmessun­ gen und anderes waren im wesentlichen gleich jenen des Thyristors des ersten Ausführungsbei­ spiels. Die Durchlaßspannungen dieser fünf Bauelementarten wurden bei einer Stromdichte von 50 A/cm2 gemessen und ergaben sich zu 1,01 V für den Thyristor des vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiels, 2,0 V für den EST-1, 2,2 V für den EST-2, 1,4 V für den EST-3 und 3,3 V für den IGBT. Wie im Fall der Bauelemente der 600 V-Klasse mit Epitaxialwafern, wie oben beschrieben, zeigen die in Fig. 18 gezeigten Meßergebnisse bezüglich Bauelementen der 2500 V-Klasse mit Massivwafern an, daß der Thyristor des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, verglichen mit den ESTs und dem IGBT, einen signifikant großen RBSO-Bereich aufweist sowie eine niedrige Durchlaßspannung besitzt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Stromkonzentration beim Anlegen einer hohen Spannung dadurch vermieden werden kann, daß die Diffusionstiefe der zweiten Basiszone 6 kleiner als die der Wannenzone 5 wird. Ferner liegen sich bei der Anordnung, bei der sechs erste Basiszonen 4 mit an ihrer Oberfläche ausgebildeten Sourcezonen 7 um jede der zweiten Basiszone 6 mit an ihrer Oberfläche ausgebildeter Emitter­ zone 8 herum angeordnet sind, die ersten und die zweiten Basiszonen 4, 6 über eine vergrößerte Länge gegenüber, was eine Stromkonzentration verhindert.The graph of FIG. 18 shows the RBSO range as measured at 125 ° C. for 2500 V class components, specifically for an insulated gate thyristor according to a seventh embodiment with the structure of FIG. 12 and the pattern of Fig. 15 and the EST-1, EST-2 which, the EST-3, and IGBT as comparative examples. In the graph of Fig. 18, the voltage V AK is applied between the anode and cathode, and on the ordinate the current I AK on the abscissa. In this case, the thickness of the base layer was 3440 microns. The other dimensions and others were substantially the same as those of the thyristor of the first embodiment. The forward voltages of these five types of components were measured at a current density of 50 A / cm 2 and were found to be 1.01 V for the thyristor of the present exemplary embodiment, 2.0 V for the EST-1, 2.2 V for the EST- 2, 1.4 V for the EST-3 and 3.3 V for the IGBT. As in the case of the 600 V class devices with epitaxial wafers as described above, the measurement results shown in FIG. 18 regarding the 2500 V class devices with solid wafers indicate that the thyristor of the present embodiment of the invention compared to the ESTs and the IGBT, has a significantly large RBSO range and a low forward voltage. This is due to the fact that the current concentration when a high voltage is applied can be avoided by making the diffusion depth of the second base zone 6 smaller than that of the tub zone 5 . Furthermore, in the arrangement in which six first base zones 4 with source zones 7 formed on their surface are arranged around each of the second base zone 6 with emitter zone 8 formed on their surface, the first and second base zones 4 , 6 are enlarged Length opposite, which prevents a current concentration.

Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung der RBSO-Bereich vergrößert werden, ohne die Durchlaßspannung zu verringern, und zwar unabhängig von dem spezifischen Widerstand der Basisschicht 3 und dem Stromverstärkungsfaktor des pnp Transistors mit weiter Basis. Anders ausgedrückt, die vorliegende Erfindung eignet sich zur Verringerung der Durchlaßspannung und zur Erhöhung des RBSO-Bereichs unabhängig von der Nennspannung des Bauelements und dem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkristalls des Substrats des Bauelements.Thus, according to the present invention, the RBSO area can be increased without lowering the forward voltage regardless of the resistivity of the base layer 3 and the current gain of the pnp wide base transistor. In other words, the present invention is suitable for reducing the forward voltage and increasing the RBSO range regardless of the nominal voltage of the device and the method of manufacturing a semiconductor crystal of the substrate of the device.

Achtes AusführungsbeispielEighth embodiment

Unter Verwendung eines n Siliciumwafers mit einem spezifischen Widerstand von 200 Ω.cm und einer Dicke von 600 µm wurde in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein Thyristor mit isoliertem Gate der 4500 V-Klasse hergestellt. Der so hergestellte Thyristor diente als ein Beispiel eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung.Using an n silicon wafer with a resistivity of 200 Ω.cm and a thickness of 600 μm was the same as in the first embodiment Insulated gate thyristor manufactured in the 4500 V class. The thyristor thus produced served as an example of an eighth embodiment of the invention.

Der Thyristor des achten Ausführungsbeispiels hatte dieselben Diffusionstiefen der jeweiligen Zonen wie der des ersten Ausführungsbeispiels. Das heißt, die Diffusionstiefe der p⁺ Wannen­ zone 6 betrug 6 µm und diejenige der ersten und der zweiten p Basiszonen 4, 6 betrug 3 µm. Die Diffusionstiefen der n Emitterzone 8 und der n Sourcezone 7 betrug 1 µm bzw. 0,3 µm.The thyristor of the eighth embodiment had the same diffusion depths of the respective zones as that of the first embodiment. That is, the diffusion depth of the p⁺ well zone 6 was 6 µm and that of the first and second p base zones 4 , 6 was 3 µm. The diffusion depths of the n emitter zone 8 and the n source zone 7 were 1 μm and 0.3 μm, respectively.

Hinsichtlich der Breite der Gateelektrodenschicht 10 wurde ein Experiment ausgeführt, indem der Abstand Lg zwischen den ersten und den zweiten Basiszonen auf 15 µm gesetzt wurde und der Abstand Lgmin, gemessen an dem Vorsprung bzw. den Vorsprüngen der zweiten Basiszone 6, in einem Bereich von 3 bis 15 µm variiert wurde.An experiment was performed on the width of the gate electrode layer 10 by setting the distance Lg between the first and second base zones to 15 µm and the distance Lgmin measured on the protrusion (s) of the second base zone 6 in a range of 3 was varied up to 15 µm.

Die Graphik in Fig. 14 zeigt die Abhängigkeit der Durchlaßspannung Von von Lgmin bei einer Stromdichte von 15 A/cm2. Die Ladungsträgerlebensdauer wurde so gesteuert, daß sich ein konstanter Abschaltverlust einstellte.The graph in FIG. 14 shows the dependence of the forward voltage V on on Lgmin at a current density of 15 A / cm 2 . The charge carrier life was controlled in such a way that there was a constant switch-off loss.

Auch bei dem sechsten Ausführungsbeispiel nimmt die Durchlaßspannung mit abnehmenden Lgmin ab und sinkt auf 1,50 V bei Lgmin = 3 µm. Die für Lgmin im Bereich von 6 bis 15 µm gemessene Sättigungsstromdichte beträgt konstant 100 A/cm2 und variiert innerhalb dieses Bereiches nicht. Keine Stromsättigung tritt bei dem Thyristor mit Lgmin = 3 µm auf. Die Gründe für diese Ergebnisse sind die gleichen wie die oben für das erste Ausführungsbeispiel angegebe­ nen.In the sixth embodiment as well, the forward voltage decreases with decreasing Lgmin and drops to 1.50 V at Lgmin = 3 µm. The saturation current density measured for Lgmin in the range from 6 to 15 µm is constantly 100 A / cm 2 and does not vary within this range. No current saturation occurs with the thyristor with Lgmin = 3 µm. The reasons for these results are the same as those given above for the first embodiment.

Die Graphik von Fig. 14 zeigt auch die Abhängigkeit der Durchlaßspannung Vonvon Lg in einem Vergleichsbeispiel, bei dem die zweiten Basiszonen 6 und die Emitterzonen 8 keine Vorsprünge in dem planaren Muster der Diffusionszonen auf dem Siliziumsubstrat aufwiesen, wie in Fig. 5 gezeigt. In diesem Fall nimmt die Durchlaßspannung mit Abnahme von Lg zu. Die für Lg im Bereich von 6 bis 15 µm gemessene Sättigungsstromdichte beträgt konstant 100 A/cm2 und ändert sich innerhalb dieses Bereichs nicht, während keine Stromsättigung bei Lgmin = 3 µm auftritt.The graph of Fig. 14 shows the dependence of the voltage V on of Lg in a comparative example in which the second base regions 6 and emitter regions having 8 no protrusions in the planar pattern of the diffusion regions on the silicon substrate as shown in FIG. 5. In this case, the forward voltage increases as Lg decreases. The saturation current density measured for Lg in the range from 6 to 15 µm is constantly 100 A / cm 2 and does not change within this range, while no current saturation occurs at Lgmin = 3 µm.

Wie aus der Graphik von Fig. 14 erkennbar, kann ein Thyristor mit ausreichend niedriger Durchlaßspannung dadurch geschaffen werden, daß Lgmin verringert wird, während Lg auf einem bestimmten großen Wert gehalten wird, statt einfach Lg zu verringern.As can be seen from the graph of Fig. 14, a thyristor with a sufficiently low forward voltage can be created by reducing Lgmin while keeping Lg at a certain large value instead of simply reducing Lg.

Neuntes AusführungsbeispielNinth embodiment

Fig. 19 ist eine Schnittansicht eines Teiles eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Thyristor hat zur Unterscheidung seiner Wirkungen das planare Muster mit hexagonaler Anordnung von Fig. 4. Dieses Ausfüh­ rungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 2(b) gezeigtem ersten Ausführungsbeispiel darin, daß die Dicke des Gateoxidfilms 9 von einem Abschnitt zum anderen variiert. In Fig. 19 weist der Gateoxidfilm 9, der oberhalb der ersten Basiszone 4 liegt, dieselbe Dicke wie der des ersten Ausführungsbeispiels von Fig. 2 auf, nämlich 0,07 µm, während der Gateoxidfilm 9a, der über der zweiten Basiszone 6 und der Basisschicht 3 liegt, eine verringerte Dicke aufweist (bei diesem Ausführungsbeispiel 0,05 µm). Fig. 19 is a sectional view of a portion of an insulated gate thyristor according to a ninth embodiment of the present invention. The thyristor has the planar hexagonal pattern of Fig. 4 to distinguish its effects . This embodiment differs from the first embodiment shown in Fig. 2 (b) in that the thickness of the gate oxide film 9 varies from one portion to another. In Fig. 19, the gate oxide film 9 , which lies above the first base zone 4 , has the same thickness as that of the first embodiment of Fig. 2, namely 0.07 microns, while the gate oxide film 9 a, the above the second base zone 6 and Base layer 3 lies, has a reduced thickness (in this embodiment 0.05 microns).

Bei dem Thyristor des neunten Ausführungsbeispiels sind der Widerstand der Inversionsschicht, die in der Oberflächenschicht der zweiten Basiszone 6 auftritt, und der Widerstand der Akkumu­ lationsschicht, die in der Oberflächenschicht der Basisschicht 3 auftritt, verringert, weshalb mehr Elektronen von der Sourcezone 7 zur Emitterzone 8 geliefert werden, was die Anzahl von Elektronen erhöht, die von der Emitterzone 8 injiziert werden, und damit die Durchlaßspannung verringert.In the thyristor of the ninth embodiment, the resistance of the inversion layer which occurs in the surface layer of the second base zone 6 and the resistance of the accumulation layer which occurs in the surface layer of the base layer 3 are reduced, which is why more electrons from the source zone 7 to the emitter zone 8 are supplied, which increases the number of electrons injected from the emitter zone 8 and thus reduces the forward voltage.

Unter Verwendung von Epitaxialwafern wurden fünf Bauelemente der 600 V-Klasse als Muster hergestellt, nämlich der Thyristor des neunten Ausführungsbeispiels mit dem Aufbau von Fig. 19 und dem Muster von Fig. 4, der EST-1, der EST-2, der EST-3 und der IGBT. Die Breite der Sourcezone 7 betrug 4 µm, und die Breite der Emitterzone 8 des EST-2 und des EST-3 betrug 20 µm. Alle fünf Bauelemente hatten eine Chipgröße von 1 cm2. Die Durchlaßspannung, definiert als der Potentialabfall bei einer Stromdichte von 100 A/cm2, betrug 0,8 V für den Thyristor des neunten Ausführungsbeispiels, 1,6 V für den EST-1, 1,7 V für den EST-2, 1,0 V für den EST-3 und 2,3 V für den IGBT.Five components of the 600 V class were produced using epitaxial wafers as a pattern, namely the thyristor of the ninth exemplary embodiment with the structure of FIG. 19 and the pattern of FIG. 4, the EST-1, the EST-2, the EST- 3 and the IGBT. The width of the source zone 7 was 4 μm and the width of the emitter zone 8 of the EST-2 and EST-3 was 20 μm. All five components had a chip size of 1 cm 2 . The forward voltage, defined as the potential drop at a current density of 100 A / cm 2 , was 0.8 V for the thyristor of the ninth embodiment, 1.6 V for the EST-1, 1.7 V for the EST-2, 1 , 0 V for the EST-3 and 2.3 V for the IGBT.

Die Graphik in Fig. 22 zeigt die Kompromißkennlinien zwischen der Durchlaßspannung Von und der Abschaltzeit Tab für die fünf Bauelemente. Die Durchlaßspannung ist auf der Abszisse aufgetragen, und die Ordinate zeigt die Abschaltzeit, gemessen bei 125°C. Wie aus Fig. 22 hervorgeht, zeigt das Bauelement des zehnten Ausführungsbeispiels eine bessere Kompromiß­ kennlinie als die ESTs und der IGBT. Somit zeigt sich bei einem Hochspannungsthyristor mit isoliertem Gate, für den ein Massivsiliciumwafer verwendet wird, eine ähnliche Wirkung für denjenigen mit einem Epitaxialwafer.The graph in FIG. 22 shows the compromise characteristics between the forward voltage V on and the switch-off time T ab for the five components. The forward voltage is plotted on the abscissa, and the ordinate shows the switch-off time, measured at 125 ° C. As is apparent from Fig. 22, the component of the tenth embodiment shows a better compromise characteristic than the ESTs and the IGBT. Thus, a high voltage insulated gate thyristor using a solid silicon wafer shows a similar effect to that using an epitaxial wafer.

Elftes AusführungsbeispielEleventh embodiment

Fig. 23 zeigt den Querschnitt eines Teiles eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser Thyristor hat zur Unterscheidung seiner Wirkungen das planare Muster mit der hexagonalen Anordnung gemäß Fig. 4. Dieses elfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 2(b) gezeigten ersten Ausführungsbei­ spiel darin, daß die Breite des freiliegenden Abschnitts der zweiten Basiszone 6 zwischen der Basisschicht 3 und der Emitterzone 8 kleiner ist als die Breite des freiliegenden Abschnitts der ersten Basiszone 4 zwischen der Basisschicht 3 und der Sourcezone 7. Genauer gesagt, die Breite des freiliegenden Abschnitts der ersten Basiszone 4 beträgt etwa 2 µm, während die Breite des freiliegenden Abschnitts der zweiten Basiszone 6 etwa 1 µm beträgt. Fig. 23 shows the cross section of a portion of an insulated gate thyristor according to an eleventh embodiment of the invention. This thyristor has the planar pattern with the hexagonal arrangement shown in FIG. 4 to distinguish its effects . This eleventh embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 2 (b) in that the width of the exposed portion of the second base zone 6 is between the base layer 3 and the emitter zone 8 is smaller than the width of the exposed portion of the first base zone 4 between the base layer 3 and the source zone 7 . More specifically, the width of the exposed portion of the first base zone 4 is about 2 µm, while the width of the exposed portion of the second base zone 6 is about 1 µm.

Bei dem Thyristor des elften Ausführungsbeispiels ist der Widerstand der Inversionsschicht, die in der Oberflächenschicht der zweiten Basiszone 6 auftritt, verringert, weshalb mehr Elektronen von der Sourcezone 7 zur Emitterzone 8 geliefert werden, was zu einer erhöhten Anzahl von Elektronen führt, die von der Emitterzone 8 injiziert werden, und damit zu einer verringerten Durchlaßspannung.In the thyristor of the eleventh embodiment, the resistance of the inversion layer appearing in the surface layer of the second base region 6 is reduced, and therefore more electrons are supplied from the source region 7 to the emitter region 8 , resulting in an increased number of electrons from the emitter region 8 are injected, and thus to a reduced forward voltage.

Ein Muster des Thyristors des elften Ausführungsbeispiels mit dem Aufbau von Fig. 23 und dem Muster von Fig. 4 wurde unter Verwendung eines Epitaxialwafers wie bei dem oben beschriebe­ nen Bauelement der 600 V-Klasse hergestellt. Die Breite der Sourcezone 7 betrug 4 µm und die Chipgröße 1 cm2. Die Durchlaßspannung, definiert als der Potentialabfall bei einer Stromdichte von 100 A/cm2 bei 25°C betrug 0,9 V.A pattern of the thyristor of the eleventh embodiment having the structure of FIG. 23 and the pattern of FIG. 4 was fabricated using an epitaxial wafer as in the 600 V class device described above. The width of the source zone 7 was 4 μm and the chip size 1 cm 2 . The forward voltage, defined as the potential drop at a current density of 100 A / cm 2 at 25 ° C, was 0.9 V.

Die Graphik in Fig. 20 zeigt auch die Kompromißkennlinie zwischen der Durchlaßspannung Von und der Abschaltzeit Tab des Thyristors des elften Ausführungsbeispiels. Die Abschaltzeit wurde bei 125°C gemessen. Wie aus Fig. 20 hervorgeht, zeigt das Bauelement des elften Ausfüh­ rungsbeispiels eine bessere Kompromißkennlinie als die ESTs und der IGBT.The graph in Fig. 20 also shows the compromise characteristic between the forward voltage V on and the turn-off time T ab of the thyristor of the eleventh embodiment. The switch-off time was measured at 125 ° C. As is apparent from Fig. 20, the device of the eleventh embodiment shows a better compromise characteristic than the ESTs and the IGBT.

Zwölftes AusführungsbeispielTwelfth embodiment

Fig. 24 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teiles eines Thyristors mit isoliertem Gate gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem elften Ausführungsbeispiel nach Fig. 23 dadurch, daß ein Massiv­ wafer mit einem spezifischen Widerstand von 150 Ω.cm und einer Dicke von 440 µm anstelle eines Epitaxialwafers verwendet wurde. Wie bei dem elften Ausführungsbeispiel ist die Breite des freiliegenden Abschnitts der zweiten Basiszone 6 zwischen der Basisschicht 3 und der Emitterzone 8 kleiner als die Breite des freiliegenden Abschnitts der ersten Basiszone 4 zwischen der Basisschicht 3 und der Sourcezone 7. Fig. 24 is a cross-sectional view showing a portion of an insulated gate thyristor according to a twelfth embodiment of the present invention. This exemplary embodiment differs from the eleventh exemplary embodiment according to FIG. 23 in that a solid wafer with a specific resistance of 150 Ω.cm and a thickness of 440 μm was used instead of an epitaxial wafer. As in the eleventh embodiment, the width of the exposed section of the second base zone 6 between the base layer 3 and the emitter zone 8 is smaller than the width of the exposed section of the first base zone 4 between the base layer 3 and the source zone 7 .

Ein Muster des Thyristors des zwölften Ausführungsbeispiels mit dem Aufbau von Fig. 24 und dem Muster von Fig. 4 wurde unter Verwendung eines Massivwafers wie bei dem Bauelement der oben beschriebenen 2500 V-Klasse hergestellt. Die Breite der Sourcezone 7 betrug 4 µm und die Chipgröße 1 cm2. Die Durchlaßspannung, definiert als der Spannungsabfall bei einer Stromdichte von 25 A/cm2 bei 25°C betrug 1,1 V.A pattern of the thyristor of the twelfth embodiment having the structure of FIG. 24 and the pattern of FIG. 4 was fabricated using a solid wafer as in the 2500 V class device described above. The width of the source zone 7 was 4 μm and the chip size 1 cm 2 . The forward voltage, defined as the voltage drop at a current density of 25 A / cm 2 at 25 ° C, was 1.1 V.

Der Thyristor des zwölften Ausführungsbeispiels besitzt im wesentlichen die gleichen Kompro­ mißkennlinien zwischen der Durchlaßspannung und Abschaltzeit wie der Thyristor des zehnten Ausführungsbeispiels und eine bessere Kompromißkennlinie als die ESTs und der IGBT. Dies zeigt, daß ein Hochspannungsthyristor mit isoliertem Gate, für den ein Massivsiliciumwafer verwendet wird, eine ähnliche Wirkung wie ein unter Verwendung eines Epitaxialwafers hergestellter Thyristor aufweist.The thyristor of the twelfth embodiment has substantially the same compro mismatches between the forward voltage and the switch-off time like the thyristor of the tenth Embodiment and a better compromise characteristic than the ESTs and the IGBT. This shows that a high voltage insulated gate thyristor for which a solid silicon wafer an effect similar to that used using an epitaxial wafer has manufactured thyristor.

Einige Merkmale der oben beschriebenen Thyristoren gemäß der Erfindung können zum Erhalt der jeweiligen Wirkungen der Merkmale kombiniert werden, um so einen Thyristor mit ausgezeichne­ ten Eigenschaften zu schaffen.Some features of the thyristors according to the invention described above can be used to obtain the respective effects of the features can be combined in order to distinguish a thyristor to create properties.

Der herkömmliche EST wird von dem IGBT-Modus zu dem Thyristor-Modus, in welchem der Thyristor verriegelt ist, unter Verwendung des Potentialabfalls umgeschaltet, der von dem in Z-Rich­ tung fließenden Strom hervorgerufen wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist dagegen die Oberfläche der zweiten Basisschicht des zweiten Leitungstyps mit dem Isolierfilm bedeckt, und ein Anstieg des Potentials dieser zweiten Basisschicht infolge des Löcherstroms wird zum Schalten des Bauelements in den Thyristor-Modus genutzt und dazu, die Sperrfähigkeit des pn-Über­ gangs beim Abschalten gleichmäßig wiederherzustellen, wodurch der steuerbare Strom erhöht wird. Ferner enthält die Basisschicht des ersten Leitungstyps einen lokal verengten Abschnitt zwischen der ersten und der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps, wodurch die effektive Kanallänge verringert werden kann und der Kontakt-FET-Effekt beschränkt wird, was zu einer geringeren Durchlaßspannung führt.The conventional EST changes from the IGBT mode to the thyristor mode in which the Thyristor is locked, using the potential drop that is switched from that in Z-Rich flowing current is caused. According to the present invention is against covers the surface of the second base layer of the second conductivity type with the insulating film, and an increase in the potential of this second base layer due to the hole current becomes Switching the device into thyristor mode and used the blocking ability of the pn-over gangs when switching off to restore evenly, which makes the controllable current is increased. Furthermore, the base layer of the first conduction type contains a locally narrowed one Section between the first and second base zones of the second conduction type, whereby the effective channel length can be reduced and the contact FET effect is limited, which leads to a lower forward voltage.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke des Gateisolierfilms auf der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps und der Basisschicht des ersten Leitungstyps kleiner als diejenige des Gateisolierfilms auf der ersten Basiszone des zweiten Leitungstyps. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Breite des freiliegenden Abschnitts der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps zwischen der Basisschicht des ersten Leitungs­ typs und der Emitterzone des ersten Leitungstyps kleiner oder schmäler als der freiliegende Abschnitt der ersten Basiszone des zweiten Leitungstyps zwischen der Basisschicht des ersten Leitungstyps und der Sourcezone des ersten Leitungstyps. Bei diesen Anordnungen können der Widerstand der Inversionsschicht, die an der Oberfläche der zweiten Basiszone des zweiten Leitungstyps auftritt, und derjenige der Akkumulationsschicht, die in der Oberflächenschicht der Basisschicht des ersten Leitungstyps beim Anlegen einer Spannung an die Gateelektrode auftritt, verringert werden, was zu einer Verringerung der Durchlaßspannung führt. In a preferred embodiment of the invention, the thickness of the gate insulating film is on the second base zone of the second conductivity type and the base layer of the first conductivity type smaller than that of the gate insulating film on the first base region of the second conductivity type. At a another preferred embodiment of the invention is the width of the exposed portion the second base zone of the second conduction type between the base layer of the first conduit type and the emitter zone of the first conduction type is smaller or narrower than the exposed one Section of the first base zone of the second conductivity type between the base layer of the first Line type and the source zone of the first line type. With these arrangements, the Resistance of the inversion layer on the surface of the second base zone of the second Conduction type occurs, and that of the accumulation layer, which in the surface layer of the Base layer of the first conductivity type occurs when a voltage is applied to the gate electrode, can be reduced, which leads to a reduction in the forward voltage.  

Somit schafft die vorliegende Erfindung einen spannungsgesteuerten Thyristor mit isoliertem Gate, der eine bessere Kompromißkennlinie zwischen der Durchlaßspannung und der Abschalt­ zeit sowie einen größeren RBSO-Bereich aufweist als herkömmliche ESTs und der IGBT, und zwar über einen weiten Stehspannungsbereich von 600 V bis 2500 V.Thus the present invention provides a voltage controlled isolated thyristor Gate, which has a better compromise between the forward voltage and the shutdown time and a larger RBSO area than conventional ESTs and the IGBT, and over a wide withstand voltage range from 600 V to 2500 V.

Die vorliegende Erfindung verbessert nicht nur die Eigenschaften des Bauelements selbst, sondern trägt auch erheblich zur Verringerung der Schaltverluste in einem Leistungsschaltgerät bei, das solche Bauelemente verwendet.The present invention not only improves the properties of the component itself, but also contributes significantly to reducing switching losses in a power switching device when using such components.

Claims (15)

1. Thyristor mit isoliertem Gate, umfassend
eine Basisschicht (3) eines ersten Leitungstyps mit hohem spezifischen Widerstand,
erste und zweite Basiszonen (4, 6) eines zweiten Leitungstyps, die in ausgewählten Bereichen einer Oberflächenschicht einer ersten Hauptfläche der Basisschicht (3) ausgebildet sind,
eine Wannenzone (5) des ersten Leitungstyps, die unter der ersten Basiszone ausgebil­ det und mit dieser verbunden ist,
eine in einem ausgewählten Bereich einer Oberflächenschicht der ersten Basiszone (4) ausgebildete Sourcezone (7) des ersten Leitungstyps,
eine in einem ausgewählten Bereich einer Oberflächenschicht der zweiten Basiszone (6) ausgebildete Emitterzone (8) des ersten Leitungstyps,
eine Gateelektrodenschicht (10), die auf einem Gateisolierfilm (9) über einer Oberfläche der ersten Basiszone (4), einem freiliegenden Abschnitt der Basisschicht (3) und einer Oberfläche der zweiten Basiszone (6) ausgebildet ist, wobei diese Oberflächen und der freiliegende Abschnitt zwischen der Sourcezone (7) und der Emitterzone (8) liegen,
eine erste Hauptelektrode (11), die einen freiliegenden Abschnitt sowohl der ersten Basiszone (4) als auch der Sourcezone (7) kontaktiert,
eine Emitterschicht (1) des zweiten Leitungstyps, die auf einer zweiten Hauptfläche der Basisschicht (3) ausgebildet ist,
eine zweite Hauptelektrode (12), die die Emitterschicht (1) kontaktiert,
eine Gateelektrode (13), die die Gateelektrodenschicht (10) kontaktiert, und
einen Isolierfilm (19), der vollständige Bereiche von Oberflächen der zweiten Basiszone (6) und der Emitterzone (8) bedeckt,
wobei die Basisschicht (3) einen lokal verengten Abschnitt aufweist, der zwischen der ersten und der zweiten Basiszone (4, 6) liegt.
1. Insulated gate thyristor comprising
a base layer ( 3 ) of a first conductivity type with high specific resistance,
first and second base zones ( 4 , 6 ) of a second conductivity type, which are formed in selected areas of a surface layer of a first main surface of the base layer ( 3 ),
a tub zone ( 5 ) of the first conduction type, which is formed underneath and connected to the first base zone,
a source zone ( 7 ) of the first conductivity type formed in a selected area of a surface layer of the first base zone ( 4 ),
an emitter zone ( 8 ) of the first conductivity type formed in a selected area of a surface layer of the second base zone ( 6 ),
a gate electrode layer ( 10 ) formed on a gate insulating film ( 9 ) over a surface of the first base region ( 4 ), an exposed portion of the base layer ( 3 ) and a surface of the second base region ( 6 ), these surfaces and the exposed portion lie between the source zone ( 7 ) and the emitter zone ( 8 ),
a first main electrode ( 11 ) which contacts an exposed section of both the first base zone ( 4 ) and the source zone ( 7 ),
an emitter layer ( 1 ) of the second conductivity type, which is formed on a second main surface of the base layer ( 3 ),
a second main electrode ( 12 ) which contacts the emitter layer ( 1 ),
a gate electrode ( 13 ) which contacts the gate electrode layer ( 10 ), and
an insulating film ( 19 ) covering entire areas of surfaces of the second base zone ( 6 ) and the emitter zone ( 8 ),
wherein the base layer ( 3 ) has a locally narrowed section which lies between the first and the second base zone ( 4 , 6 ).
2. Thyristor mit isoliertem Gate, umfassend
eine Basisschicht (3) eines ersten Leitungstyps mit hohem spezifischen Widerstand,
erste und zweite Basiszonen (4, 6) eines zweiten Leitungstyps, die in ausgewählten Bereichen einer Oberflächenschicht einer ersten Hauptfläche der Basisschicht (3) ausgebildet sind,
eine Wannenzone (5) des ersten Leitungstyps, die unter der ersten Basiszone ausgebil­ det und mit dieser verbunden ist,
eine in einem ausgewählten Bereich einer Oberflächenschicht der ersten Basiszone (4) ausgebildete Sourcezone (7) des ersten Leitungstyps,
eine in einem ausgewählten Bereich einer Oberflächenschicht der zweiten Basiszone (6) ausgebildete Emitterzone (8) des ersten Leitungstyps,
eine Gateelektrodenschicht (10), die auf einem Gateisolierfilm (9) über einer Oberfläche der ersten Basiszone (4), einem freiliegenden Abschnitt der Basisschicht (3) und einer Oberfläche der zweiten Basiszone (6) ausgebildet ist, wobei diese Oberflächen und der freiliegende Abschnitt zwischen der Sourcezone (7) und der Emitterzone (8) liegen,
eine erste Hauptelektrode (11), die einen freiliegenden Abschnitt sowohl der ersten Basiszone (4) als auch der Sourcezone (7) kontaktiert,
eine Emitterschicht (1) des zweiten Leitungstyps, die auf einer zweiten Hauptfläche der Basisschicht (3) ausgebildet ist,
eine zweite Hauptelektrode (12), die die Emitterschicht (1) kontaktiert,
eine Gateelektrode (13), die die Gateelektrodenschicht (10) kontaktiert, und
einen Isolierfilm (19), der vollständige Bereiche von Oberflächen der zweiten Basiszone (6) und der Emitterzone (8) bedeckt,
wobei der Gateisolierfilm (9) einen ersten auf der zweiten Basiszone (6) und der Basis­ schicht (3) liegenden Abschnitt (9a) und einen zweiten auf der ersten Basiszone (4) liegenden Abschnitt aufweist, von denen der erste Abschnitt eine geringere Dicke als der zweite Abschnitt aufweist.
2. Insulated gate thyristor comprising
a base layer ( 3 ) of a first conductivity type with high specific resistance,
first and second base zones ( 4 , 6 ) of a second conductivity type, which are formed in selected areas of a surface layer of a first main surface of the base layer ( 3 ),
a tub zone ( 5 ) of the first conduction type, which is formed underneath and connected to the first base zone,
a source zone ( 7 ) of the first conductivity type formed in a selected area of a surface layer of the first base zone ( 4 ),
an emitter zone ( 8 ) of the first conductivity type formed in a selected area of a surface layer of the second base zone ( 6 ),
a gate electrode layer ( 10 ) formed on a gate insulating film ( 9 ) over a surface of the first base region ( 4 ), an exposed portion of the base layer ( 3 ) and a surface of the second base region ( 6 ), these surfaces and the exposed portion lie between the source zone ( 7 ) and the emitter zone ( 8 ),
a first main electrode ( 11 ) which contacts an exposed section of both the first base zone ( 4 ) and the source zone ( 7 ),
an emitter layer ( 1 ) of the second conductivity type, which is formed on a second main surface of the base layer ( 3 ),
a second main electrode ( 12 ) which contacts the emitter layer ( 1 ),
a gate electrode ( 13 ) which contacts the gate electrode layer ( 10 ), and
an insulating film ( 19 ) covering entire areas of surfaces of the second base zone ( 6 ) and the emitter zone ( 8 ),
wherein the gate insulating film ( 9 ) has a first section ( 9 a) lying on the second base zone ( 6 ) and the base layer ( 3 ) and a second section lying on the first base zone ( 4 ), of which the first section has a smaller thickness than the second section.
3. Thyristor mit isoliertem Gate, umfassend
eine Basisschicht (3) eines ersten Leitungstyps mit hohem spezifischen Widerstand,
erste und zweite Basiszonen (4, 6) eines zweiten Leitungstyps, die in ausgewählten Bereichen einer Oberflächenschicht einer ersten Hauptfläche der Basisschicht (3) ausgebildet sind,
eine Wannenzone (5) des ersten Leitungstyps, die unter der ersten Basiszone ausgebil­ det und mit dieser verbunden ist,
eine in einem ausgewählten Bereich einer Oberflächenschicht der ersten Basiszone (4) ausgebildete Sourcezone (7) des ersten Leitungstyps,
eine in einem ausgewählten Bereich einer Oberflächenschicht der zweiten Basiszone (6) ausgebildete Emitterzone (8) des ersten Leitungstyps,
eine Gateelektrodenschicht (10), die auf einem Gateisolierfilm (9) über einer Oberfläche der ersten Basiszone (4), einem freiliegenden Abschnitt der Basisschicht (3) und einer Oberfläche der zweiten Basiszone (6) ausgebildet ist, wobei diese Oberflächen und der freiliegende Abschnitt zwischen der Sourcezone (7) und der Emitterzone (8) liegen,
eine erste Hauptelektrode (11), die einen freiliegenden Abschnitt sowohl der ersten Basiszone (4) als auch der Sourcezone (7) kontaktiert,
eine Emitterschicht (1) des zweiten Leitungstyps, die auf einer zweiten Hauptfläche der Basisschicht (3) ausgebildet ist,
eine zweite Hauptelektrode (12), die die Emitterschicht (1) kontaktiert,
eine Gateelektrode (13), die die Gateelektrodenschicht (10) kontaktiert, und
einen Isolierfilm (19), der vollständige Bereiche von Oberflächen der zweiten Basiszone (6) und der Emitterzone (8) bedeckt,
wobei die zweite Basiszone (6) einen freiliegenden Abschnitt zwischen der Basisschicht (3) und der Emitterzone (8) mit einer ersten Breite aufweist und die erste Basiszone (4) einen freiliegenden Abschnitt zwischen der Basisschicht (3) und der Sourcezone (7) mit einer zweiten Breite aufweist, die größer als die erste Breite ist.
3. Insulated gate thyristor comprising
a base layer ( 3 ) of a first conductivity type with high specific resistance,
first and second base zones ( 4 , 6 ) of a second conductivity type, which are formed in selected areas of a surface layer of a first main surface of the base layer ( 3 ),
a tub zone ( 5 ) of the first conduction type, which is formed underneath and connected to the first base zone,
a source zone ( 7 ) of the first conductivity type formed in a selected area of a surface layer of the first base zone ( 4 ),
an emitter zone ( 8 ) of the first conductivity type formed in a selected area of a surface layer of the second base zone ( 6 ),
a gate electrode layer ( 10 ) formed on a gate insulating film ( 9 ) over a surface of the first base region ( 4 ), an exposed portion of the base layer ( 3 ) and a surface of the second base region ( 6 ), these surfaces and the exposed portion lie between the source zone ( 7 ) and the emitter zone ( 8 ),
a first main electrode ( 11 ) which contacts an exposed section of both the first base zone ( 4 ) and the source zone ( 7 ),
an emitter layer ( 1 ) of the second conductivity type, which is formed on a second main surface of the base layer ( 3 ),
a second main electrode ( 12 ) which contacts the emitter layer ( 1 ),
a gate electrode ( 13 ) which contacts the gate electrode layer ( 10 ), and
an insulating film ( 19 ) covering entire areas of surfaces of the second base zone ( 6 ) and the emitter zone ( 8 ),
wherein the second base zone ( 6 ) has an exposed portion between the base layer ( 3 ) and the emitter zone ( 8 ) with a first width and the first base zone ( 4 ) has an exposed portion between the base layer ( 3 ) and the source zone ( 7 ) has a second width that is greater than the first width.
4. Thyristor nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Basisschicht (3) einen lokal verengten Abschnitt zwischen der ersten und der zweiten Basiszone (4, 6) aufweist.4. Thyristor according to claim 2 or 3, wherein the base layer ( 3 ) has a locally narrowed section between the first and the second base zone ( 4 , 6 ). 5. Thyristor nach Anspruch 1 oder 3, bei dem der Gateisolierfilm einen auf der zweiten Basiszone (6) und der Basisschicht (3) liegenden ersten Abschnitt (9a) und einen auf der ersten Basiszone (4) liegenden zweiten Abschnitt (9) aufweist, von denen der erste Abschnitt eine geringere Dicke als der zweite Abschnitt aufweist.5. The thyristor according to claim 1 or 3, wherein the gate insulating film has a first section ( 9 a) lying on the second base zone ( 6 ) and the base layer ( 3 ) and a second section ( 9 ) lying on the first base zone ( 4 ) , of which the first section has a smaller thickness than the second section. 6. Thyristor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite Basiszone (6) einen freiliegen­ den Abschnitt zwischen der Basisschicht (3) und der Emitterzone (8) mit einer ersten Breite aufweist und die erste Basiszone (4) einen freiliegenden Abschnitt zwischen der Basisschicht (3) und der Sourcezone (7) mit einer zweiten Breite aufweist, die größer als die erste Breite ist.6. The thyristor of claim 1 or 2, wherein the second base zone ( 6 ) has an exposed portion between the base layer ( 3 ) and the emitter zone ( 8 ) with a first width and the first base zone ( 4 ) has an exposed portion between the Has base layer ( 3 ) and the source zone ( 7 ) with a second width that is greater than the first width. 7. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die erste Basiszone (4), die zweite Basiszone (6), die Emitterzone (8) und/oder die Sourcezone (7) eine polygonale Form, eine Kreisform oder eine elliptische Form aufweist.7. Thyristor according to one of claims 1 to 6, wherein the first base zone ( 4 ), the second base zone ( 6 ), the emitter zone ( 8 ) and / or the source zone ( 7 ) a polygonal shape, a circular shape or an elliptical shape having. 8. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die erste Basiszone (4) und die in deren Oberflächenschicht ausgebildete Sourcezone (7) so ausgebildet sind, daß sie die zweite Basiszone (6) umgeben.8. The thyristor according to one of claims 1 to 7, in which the first base zone ( 4 ) and the source zone ( 7 ) formed in the surface layer thereof are formed such that they surround the second base zone ( 6 ). 9. Thyristor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem mehrere der ersten Basiszonen (4) und mehrere in deren Oberflächenschichten ausgebildete Sourcezonen (7) so ausgebildet sind, daß sie die zweite Basiszone (6) umgeben.9. Thyristor according to one of claims 1 to 7, in which a plurality of the first base zones ( 4 ) and a plurality of source zones ( 7 ) formed in the surface layers thereof are formed such that they surround the second base zone ( 6 ). 10. Thyristor nach Anspruch 9, bei dem die erste Basiszonen (4), die zweite Basiszone (6), die Emitterzone (8) und die Sourcezonen (7) je eine polygonale Form aufweisen und jede Spitze der zweiten Basiszone (6) und der Emitterzone (8) einer Seite einer entsprechenden der ersten Basiszonen (4) und einer Seite einer entsprechenden der Sourcezonen (7) zugewandt ist.10. The thyristor of claim 9, wherein the first base zones ( 4 ), the second base zone ( 6 ), the emitter zone ( 8 ) and the source zones ( 7 ) each have a polygonal shape and each tip of the second base zone ( 6 ) and Emitter zone ( 8 ) faces one side of a corresponding one of the first base zones ( 4 ) and one side of a corresponding one of the source zones ( 7 ). 11. Thyristor nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Gateelektrodenschicht (10) im wesentlichen ringförmig so ausgebildet ist, daß sie den Gateisolierfilm (9) auf der zweiten Basiszone (6) umgibt, und das die erste Hauptelektrode (11) auf der der Gateelektrodenschicht gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, wobei ein Isolierfilm zwischen der ersten Hauptelek­ trode und der Gateelektrodenschicht ausgebildet ist.11. The thyristor according to claim 9 or 10, wherein the gate electrode layer ( 10 ) is substantially annular so that it surrounds the gate insulating film ( 9 ) on the second base zone ( 6 ), and that the first main electrode ( 11 ) on the Gate electrode layer is arranged opposite side, wherein an insulating film is formed between the first main electrode and the gate electrode layer. 12. Thyristor nach Anspruch 11, bei dem ein Kontaktabschnitt zwischen der ersten Hauptelektrode (11) und der ersten Basiszone (4) sowie der Sourcezone (7) eine polygonale Form, eine Kreisform oder eine elliptische Form aufweist.12. The thyristor according to claim 11, wherein a contact portion between the first main electrode ( 11 ) and the first base zone ( 4 ) and the source zone ( 7 ) has a polygonal shape, a circular shape or an elliptical shape. 13. Thyristor nach Anspruch 12, bei dem die Emitterzone (8) eine Diffusionstiefe auf­ weist, die größer als die der Sourcezone (7) ist. 13. The thyristor of claim 12, wherein the emitter zone ( 8 ) has a diffusion depth that is greater than that of the source zone ( 7 ). 14. Thyristor nach Anspruch 13, ferner umfassend eine zweite Wannenzone des zwei­ ten Leitungstyps, die unter der zweiten Basiszone (6) ausgebildet und mit dieser verbunden ist, wobei die zweite Wannenzone dieselbe Diffusionstiefe wie die erste Wannenzone (5) aufweist.14. The thyristor of claim 13, further comprising a second well zone of the second conduction type, which is formed under and connected to the second base zone ( 6 ), wherein the second well zone has the same diffusion depth as the first well zone ( 5 ). 15. Thyristor nach Anspruch 14, bei dem Lebensdauerkiller in lokalen Abschnitten des Thyristors vorhanden sind.15. The thyristor of claim 14, wherein the lifetime killer in local sections of the Thyristors are present.
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